[发明专利]基于音叉驱动效应的三轴微陀螺仪

说明书

本发明公开了一种基于音叉驱动效应的三轴微陀螺仪，包括上层陀螺仪结构和下层玻璃衬底，上层陀螺仪结构由左机械结构、右机械结构、中间机械结构、上横梁、下横梁、短梁以及锚点组成，中间机械结构中设计了基于音叉驱动的转向机构，通过对左、右机械结构的X轴单一方向驱动，实现其X轴的简谐驱动和中间机械结构敏感质量Y轴的简谐驱动，保证了不同轴之间驱动频率的一致性。当外界有角速度输入时，敏感质量受到科里奥利力而产生位移。本发明采用双敏感质量设计和变间距式电容差分检测，能够抑制温度，结构应力，加速度等共模干扰；本发明结构对称布置，稳定性好，抗干扰能力强。

技术领域

本发明涉及微机电系统及微惯性器件，尤其涉及一种基于音叉驱动效应的三轴微陀螺仪。

背景技术

区别于传统的惯性器件，MEMS(MicroElectroMechanical Systems，微机电系统)微惯性器件具有体积小、重量轻、成本低、能耗低、可靠性高，易于数字化、可满足恶劣环境应用等独特优点，有着广阔的民用前景和重要的军用价值。

MEMS三轴微陀螺仪是MEMS微惯性器件中的重要成员，同样具有上述优点，其应用范围包括普通消费品，工业稳定平台，微纳卫星，稳瞄稳像系统以及无人作战平台等。

传统三个单轴陀螺仪集成方式，需要三路闭环驱动谐振回路控制，控制电路复杂，多路驱动回路间容易发生信号串扰。三个单轴陀螺集成方式将导致传感器体积增加，不利于微型化。

另外，国内单片集成三轴陀螺仪的精度、集成度等与国外先进技术相比仍然存在较大的差距，极大的限制了国内微惯性器件的发展应用。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种体积小、重量轻、集成度高、抗干扰能力强的基于音叉驱动效应的三轴微陀螺仪。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于音叉驱动效应的三轴微陀螺仪，包括上层陀螺仪结构和下层玻璃衬底；所述陀螺仪结构包括左机械结构、右机械结构、中间机械结构、上横梁、下横梁、短梁和锚点；所述左机械结构、中间机械结构和右机械结构依次相连接，且关于陀螺仪结构中轴线对称；所述上横梁分别与左、右机械结构的上端相连接，下横梁分别与左、右机械结构的下端相连接；所述短梁分别位于上、下横梁的左右两端、上横梁中部上端以及下横梁中部下端，并与所述锚点相连接；所述下层玻璃衬底上设有金属电容极板、信号引线与金属电极；所述上层陀螺仪结构的锚点键合在下层玻璃衬底上。

进一步地，所述左机械结构与右机械结构完全相同。

进一步地，所述左/右机械结构包括驱动框架，第一连接梁，第一敏感质量，第二连接梁，活动驱动梳齿，固定驱动梳齿，敏感电极，敏感弹性梁和固定锚点；所述第一连接梁有四个，其中两个设在驱动框架的外部上端左右两侧，与上横梁连接，另外两个设在驱动框架的外部下端左右两侧，与下横梁连接；所述第一敏感质量位于驱动框架内部；所述第二连接梁有两个，设在驱动框架内部中端左右两侧，与第一敏感质量相连接；所述活动驱动梳齿共四排，分别位于驱动框架外部左侧上、左侧下、右侧上、右侧下，每排活动驱动梳齿有两个以上，且等间距垂直设在驱动框架上；所述固定驱动梳齿固定在基座上，共四排，分别位于驱动框架外部左侧上、左侧下、右侧上、右侧下，且与活动驱动梳齿对插；所述敏感电极固定在基座上，共两对，分别位于第一敏感质量内部上端和内部下端，每对敏感电极相互平行；所述敏感弹性梁共四组，分别位于第一敏感质量左上角、左下角、右上角、右下角，每组敏感弹性梁由两个U型梁组成，敏感弹性梁一端连接第一敏感质量，另一端连接固定锚点。