[发明专利]一种MEMS波动陀螺仪

说明书

本发明提供了一种MEMS波动陀螺仪，包括基底；锚点结构；波动结构，包括N个横梁和M个直梁，横梁与M个直梁交错形成M个节点，且横梁被节点划分为M‑1个第一梁单元，直梁与N个横梁交错形成N个节点，且直梁被节点划分为N‑1个第二梁单元，位于波动结构外轮廓上的节点与锚点结构机械耦合；第一面内换能器，与第二梁单元机械场和电场耦合；第一面外换能器，与第二梁单元机械场和电场耦合；其中，N和M分别为不小于2的正整数；MEMS波动陀螺仪可工作在驱动模态和检测模态中，驱动模态包括面内波动模态以及面外波动模态，检测模态包括第一轴检测模态。本发明提供的MEMS波动陀螺仪能够提高灵敏度。

【技术领域】

本发明涉及陀螺仪技术领域，尤其涉及一种MEMS波动陀螺仪。

【背景技术】

微机械陀螺仪，即MEMS(Micro Electro Mechanical systems)陀螺仪，是一种典型的微型角速度微传感器，由于其尺寸小、功耗低和加工方便等优势在消费电子市场有着非常广泛的应用。近年来随着陀螺仪性能的逐步提升，广泛应用于汽车、工业、虚拟现实等领域。

MEMS面外摆动陀螺仪是MEMS面外检测陀螺仪中的典型代表。如图1至图3所示，相关技术中的MEMS面外摆动陀螺仪的驱动模态绕锚点100的轴摆动。当施加角速度Ω时，由于哥氏效应，陀螺仪将能量传递到检测模态，使质量结构200在相对驱动在面外摆动。通过检测面外摆动的位移即可获取Ω大小。然而，这种MEMS面外摆动陀螺仪的检测电容小及灵敏度低。

【发明内容】

本发明的目的在于提供了一种MEMS波动陀螺仪，该MEMS波动陀螺仪能够提高灵敏度。

为达到上述目的，本发明提供了一种MEMS波动陀螺仪，包括：

基底；

锚点结构，固定于所述基底；

波动结构，其外轮廓为矩形并悬置于所述基底上，所述波动结构包括沿第一轴间隔设置的N个横梁和沿第二轴间隔设置的M个直梁，所述横梁与M个所述直梁交错形成M个节点，且所述横梁被其上的所述节点划分为M-1个第一梁单元，所述直梁与N个所述横梁交错形成N个节点，且所述直梁被其上的所述节点划分为N-1个第二梁单元，位于所述波动结构外轮廓上的所述节点与所述锚点结构机械耦合；

第一面内换能器，所述第二梁单元沿所述第二轴的两相对侧分别设有与所述第二梁单元机械场和电场耦合的所述第一面内换能器，所述第一面内换能器固定于所述基底并与所述第二梁单元间隔设置；以及，

第一面外换能器，所述第二梁单元沿第三轴的两相对侧中的至少一侧设有与所述第二梁单元机械场和电场耦合的所述第一面外换能器，所述第一面外换能器固定于所述基底并与所述第二梁单元间隔设置；

其中，N和M分别为不小于2的正整数；所述第一轴、所述第二轴及所述第三轴之间相互垂直；所述MEMS波动陀螺仪可工作在驱动模态和检测模态中，所述驱动模态包括在所述波动结构平面内的面内波动模态以及在所述波动结构平面外的面外波动模态，所述检测模态包括以所述第一轴为检测轴的第一轴检测模态。

优选地，所述驱动模态下，所述第一梁单元和所述第二梁单元工作于二阶模态，且M-1个所述第一梁单元之间同相或反相运动，N-1个所述第二梁单元之间同相或反相运动；所述第一轴检测模态下，所述第二梁单元工作于二阶模态，且N-1个所述第二梁单元之间同相或反相运动。

优选地，所述第二梁单元沿所述第二轴的两相对侧分别固设有第一质量块，且所述第一质量块与所述第一面内换能器间隔设置。

优选地，所述检测模态还包括以所述第二轴为检测轴的第二轴检测模态，所述MEMS波动陀螺仪还包括：

第二面内换能器，所述第一梁单元沿所述第一轴的两侧分别设有与所述第一梁单元机械场和电场耦合的所述第二面内换能器，所述第二面内换能器固定于所述基底并与所述第一梁单元间隔设置；以及，