[发明专利]一种环形微机电陀螺敏感结构

说明书

本发明属于惯性测量技术领域，具体涉及一种环形微机电陀螺敏感结构；该结构包括外环、锚接点、组合梁、驱动电极组、检测电极组和调谐电极组；锚接点位于中心，外环通过多个组合梁与锚接点连接，外环与锚接点同心，外环的上、下底面悬空设置，驱动电极组和检测电极组交替均布设置在外环外侧，调谐电极组均布设置在外环内侧；工作时，外环在驱动电极组静电力作用下保持驱动模态振型，当外界有角速率作用时，通过哥式力耦合，激发检测模态振型，检测电极组通过检测电容间隙的变化实现外界输入的感测，调谐电极组实现驱动和检测模态的频率匹配。本发明采用中心单点支撑对称结构，锚点在驱动和检测模态的振形节点位置，大幅降低支撑损耗，获取高Q值。

技术领域

本发明属于惯性测量技术领域，具体涉及一种环形微机电陀螺敏感结构。

背景技术

陀螺是一种用于敏感载体相对于惯性空间角运动的仪表，是惯性导航和制导系统的核心器件。

环形微机电陀螺是一种融合传统机电陀螺工作原理和现代MEMS制造工艺的新型微机电陀螺，相比音叉型、蝶翼型微机电陀螺，环形微机电陀螺在结构上具有对称性优势，可最大限度的抑制干扰、提高鲁棒性。

现有技术一种环形微机电陀螺敏感结构如图1所示，中心为一圆环11，通过沿圆周分布的若干折叠梁12与外部结构13相连，圆环11和折叠梁12可通过MEMS工艺制作。圆环11内部为一圆柱形永磁体14，并通过软磁组件15在圆环11上下表面形成磁场回路，采用电磁方式进行驱动和检测。

上述该结构主要存在以下问题：

(1)采用外侧多点支撑，支撑梁为中心对称，非轴对称，损耗偏大，不利于获取高Q值、高灵敏度；

(2)涉及到敏感结构(特征尺寸在微米量级)、永磁体和软磁组件等的精密微组装，组件间隙、磁场气隙等要求严格，实现难度较大；

(3)磁组件参数易受外界磁场干扰、机械冲击、温度等因素影响，从而制约陀螺精度的提升；

(4)针对结构制造缺陷等引起的频率失配等，需要采用较昂贵的修调设备进行机械修调，成本较高，且一旦封装完成无法再次修改。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的在于提供一种环形微机电陀螺敏感结构，在获取高Q值、高抗干扰、强鲁棒性等优势的同时降低了表头组件的工艺实现难度。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案。

本发明一种环形微机电陀螺敏感结构该结构包括外环、锚接点、组合梁、驱动电极组、检测电极组和调谐电极组；

锚接点位于中心，外环通过多个组合梁与锚接点连接，外环与锚接点同心，外环的上、下底面悬空设置，驱动电极组和检测电极组交替均布设置在外环外侧，调谐电极组均布设置在外环内侧；

工作时，外环在驱动电极组静电力作用下保持驱动模态振型，当外界有角速率作用时，通过哥式力耦合，激发检测模态振型，检测电极组通过检测电容间隙的变化实现外界输入的感测，调谐电极组实现驱动和检测模态的频率匹配。

所述锚接点实心圆柱结构，锚接点下底面设置在外部结构上，锚接点的外径小于外环内径的二分之一。

所述组合梁一端端部与锚接点外壁连接，另一端端部与外环内壁连接，组合梁中间梁段结构为非直线梁结构，组合梁中间梁段的周长大于锚接点与外的间距，组合梁以其两端端部连线为对称线呈对称结构，多个组合梁以锚接点圆心为对称中心对称。

所述组合梁包括两个单梁，两个单梁左右对称，两个单梁端部分别与锚接点外壁和外环内壁连接，每个单梁中间梁段呈“U型”绕行结构，两个单梁中间梁的“U型”口相对设置；组合梁的数量为8个。

所述外环厚壁圆环结构，外环厚度小于500μm，直径小于10mm，高度小于200μm。