[发明专利]一种基于音叉驱动效应的高精度水平轴硅微陀螺仪

说明书

本发明公开了一种基于音叉驱动效应的高精度水平轴硅微陀螺仪，包括：包括盖帽层、陀螺仪敏感结构和衬底层；其中，盖帽层和衬底层相连接组成内部真空结构，陀螺仪敏感结构设置于内部真空结构；陀螺敏感结构包括第一驱动梳齿组、第二驱动梳齿组、第三驱动梳齿组、第四驱动梳齿组、第一驱动检测梳齿、第二驱动检测梳齿、第三驱动检测梳齿、第四驱动检测梳齿、第一驱动弹性梁组、第二驱动弹性梁组、第一检测弹性梁组、第二检测弹性梁组、锚区组、第一质量块、第二质量块、耦合弹性梁、第一驱动框架和第二驱动框架。本发明实现了俯仰和滚动角速率的测量，并减小了惯性测量单元的体积。

技术领域

本发明属于微机械惯性仪表技术领域，尤其涉及一种基于音叉驱动效应的高精度水平轴硅微陀螺仪，可应用于制导炸弹、便携防空导弹、移动设备、无人机、导航设备等系统，用于测量载体绕固定轴相对惯性空间的的旋转角速率。

背景技术

陀螺仪是测量载体相对惯性空间旋转运动的传感器，是运动测量、惯性导航、制导控制等领域的核心器件，在航空航天、无人驾驶、制导弹药等高端工业装备和精确打击武器中具有非常重要的应用价值。随着单兵导航、微小型作战平台、卫星导航、无人驾驶、物联网、智能医疗等应用领域的不断发展，硅微陀螺仪因具有体积小、功耗低、寿命长、可批量生产、价格便宜等特点而具有巨大的应用前景。

硅微陀螺仪通常应用在小型惯性测量单元(IMU)中，一个高性能的6轴IMU由3个单轴微型陀螺仪和3个单轴微型加速度计构成，可同时测量偏航角速率、俯仰角速率及滚动角速率。由于传统的硅微陀螺仪一般为Z轴陀螺仪，用以偏航角速率检测器件的应用，而俯仰和滚动角速率的测量需要将Z轴陀螺仪垂直放置才可实现。此种放置方式导致惯性测量单元的体积增加，不利于微惯性系统的小型化。而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，且单片集成三轴陀螺仪各个方向的耦合度较高，不利于高精度测量。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于音叉驱动效应的高精度水平轴硅微陀螺仪，采用音叉驱动效应的高精度水平轴硅微陀螺仪，实现俯仰和滚动速率的检测。同时采用差分真空封装形式，实现硅微陀螺仪在复杂振动力学环境下能保持较高的角速率测量精度，进而为小型惯性测量单元的集成打下基础。