[发明专利]一种环形三轴解耦微陀螺仪

说明书

本发明公开了一种环形三轴解耦硅微陀螺仪的结构，包括上层的器件结构层、下层的玻璃衬底层以及生长于玻璃衬底层上的金属引线层，器件结构层为环形对称结构，包括驱动传递框架，内耦合环，翻滚角、俯仰角检测质量圆盘，航向角检测框架，其中，45°、135°、225°、315°方向上四个驱动传递框架通过内耦合环连接，实现等幅差分驱动和差分检测；内耦合环通过工字型解耦梁与三轴检测部分相连，实现了驱动和三轴检测之间较好的解耦功能；翻滚角和俯仰角检测通过翻滚角、俯仰角检测质量圆盘和对应的翻滚角金属电极薄膜，俯仰角金属电极薄膜构成翻滚角和俯仰角检测部分，航向角检测部分通过四组航向角检测框架进行航向角检测，能够达到较好的检测性能。

技术领域

本发明涉及微机电陀螺仪，尤其是一种环形三轴解耦微陀螺仪。

背景技术

微机械陀螺仪是一种用于测量角速率和姿态角的惯性传感器，有着体积小、功耗低、成本低、抗过载能力强、动态范围大、可集成化等优点，同时可以嵌入到智能控制系统中，因此无论是在现代化军事领域，还是在民用消费领域都有着广泛的应用，高精度的MEMS陀螺可用于导弹、航空航天等高精度军用产品中。广泛的市场也对MEMS陀螺仪提出了更高的要求，多轴集成化是MEMS陀螺的一个重要发展方向。

在三轴陀螺仪集成方面，可分成三种类型，第一类可以通过水平轴陀螺仪、Z轴陀螺仪装配而成，第二类是在一块基板上制作多个敏感结构，以达到三轴测量的目的，目前大多数的研究集中在前两类多轴陀螺仪，其精度和集成度都有限。第三类是单片集成的多轴陀螺仪，通过微结构的设计敏感三个轴向的角速率。某些公司和高校也设计了一些单片集成的三轴微陀螺仪，可以实现三个方向的角速率，但由于结构的复杂性以及结构间的耦合，没有实现完全的解耦，使其难以达到较好的性能，因此，在多轴微陀螺仪的设计制造中，除了加工工艺改良以外，还需优化结构、完全解耦，以进一步提高其性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种环形三轴解耦微陀螺仪，主要包括驱动框架，内耦合环，翻滚角、俯仰角检测质量圆盘，航向角检测框架以及若干解耦梁。其中四个驱动框架通过内耦合环连接，实现等幅差分驱动，驱动和三轴敏感检测框架通过耦合梁与内耦合环相连实现解耦的功能，从而达到较好的测量效果。

上述的目的通过以下技术方案实现：

一种环形三轴解耦微陀螺仪，包括上层的器件结构层、下层的玻璃衬底层以及生长于玻璃衬底层上的金属引线层，所述器件结构层通过锚点与玻璃衬底层键合连接，所述金属引线层位于器件结构层和玻璃衬底层之间，将器件结构层与玻璃衬底层连接的电极通过信号引线引至周围；

所述器件结构层包括置于中心的翻滚角、俯仰角检测质量圆盘，所述翻滚角、俯仰角检测质量圆盘外同心设置内耦合环，所述内耦合环外同心设置有四组航向角检测框架；

在X轴，Y轴方向上介于所述翻滚角、俯仰角检测质量圆盘和内耦合环之间均匀设置四个工字型解耦梁配合生长在玻璃衬底上的位于X轴方向的俯仰角金属电极薄膜形成俯仰角检测部分；

在X轴，Y轴方向上介于所述内耦合环和翻滚角、俯仰角检测质量圆盘之间均匀设置四个工字型解耦梁配合生长在玻璃衬底上的位于Y轴方向的翻滚角金属电极薄膜形成翻滚角检测部分；

所述航向角检测框架由分别位于X轴，Y轴方向上的四组航向角检测框架组成，每组航向角检测框架上设置航向角检测部分；

所述内耦合环上在45°、135°、225°、315°方向均匀连接四个驱动传递框架，每个所述的驱动传递框架里面设置有驱动部分用于驱动内耦合环的运动。

所述的环形三轴解耦微陀螺仪，所述航向角检测部分包括航向角检测梳齿电极，所述航向角检测梳齿电极包括与所述航向角检测框架连接的航向角检测活动梳齿和固定在敏感检测电极上的航向角检测固定梳齿，所述敏感检测电极固定在玻璃衬底上。