[发明专利]一种四质量全差分双轴MEMS陀螺仪

说明书

本发明公开了一种四质量全差分双轴MEMS陀螺仪，包括衬底层和器件层结构，器件层结构包括驱动双端固支梁、驱动框架、哥氏质量块、驱动耦合固支梁、驱动耦合折叠梁、X轴检测双端固支梁、Z轴检测框架、Z轴检测桁架、Z轴检测耦合梁、Z轴检测框架支点、推挽式驱动力系统、驱动端差分检测输出信号系统、X轴差分检测输出信号系统、Z轴差分检测输出信号系统以及Z轴检测输出闭环控制信号系统。本发明具有以下优点和效果：解决了双轴MEMS陀螺仪两轴间的耦合误差问题，避免了对陀螺仪精度的影响；提高了双轴陀螺仪的检测灵敏度，从而提高了陀螺仪的测量精度；解决了双轴陀螺仪在工作精度上的不协调，不一致问题，可以广泛应用于高端领域。

技术领域

本发明涉及陀螺仪领域，特别涉及一种四质量全差分双轴MEMS陀螺仪。

背景技术

随着MEMS制造技术的不断发展，市场对双轴或多轴MEMS陀螺仪开始广泛关注，特别是在工业控制、导航、航空航天以及特种军事应用领域，对高精度双轴MEMS陀螺仪的需求日益迫切。

在现有技术中，双轴MEMS陀螺仪运动敏感结构部分主要分两类，一类是运动敏感结构由两个独立的X轴与Z轴陀螺仪构成，另一类是通过同一套驱动装置实现对X轴与Z轴的角速度测量。

然而它们均存在一些问题，第一类结构运动模块存在耦合误差，会影响陀螺仪的精度提高。第二类结构通常为双质量块模式，虽然结构解耦，但灵敏度低，而且两类结构在实际工作中，都存在X轴与Z轴角速度检测精度不协调问题，严重阻碍了其在中高精度市场环境的应用前景。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种四质量全差分双轴MEMS陀螺仪，具有检测灵敏度高，并且可兼顾满足双轴陀螺仪在工作精度上的协调一致问题的效果。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种四质量全差分双轴MEMS陀螺仪，包括：

包括衬底层，材料为硅；

器件层结构，材料为硅，且通过相应锚点固定在所述衬底层上，

所述器件层结构包括驱动双端固支梁、驱动框架、哥氏质量块、驱动耦合固支梁、驱动耦合折叠梁、X轴检测双端固支梁、Z轴检测框架、Z轴检测桁架、Z轴检测耦合梁以及Z轴检测框架支点；

所述驱动双端固支梁一端与锚点连接并固定在所述衬底层，另一端与所述驱动框架相连，所述X轴检测双端固支梁一端与所述驱动框架相连，另一端与所述哥氏质量块相连，所述驱动耦合固支梁一端与所述哥氏质量块相连，另一端与所述Z轴检测桁架相连，所述Z轴检测桁架另一端则与所述Z轴检测框架相连；

所述Z轴检测耦合梁两端分别与其左右的所述Z轴检测框架相连，用于使所述Z轴检测框架模态分离，所述驱动耦合折叠梁两端分别与其左右的所述驱动框架相连，使工作时相连的两驱动框架运动同向；

所述哥氏质量块同时为X轴检测环路质量，所述驱动框架与所述哥氏质量块一起构成驱动环路质量，且结构关于Y轴对称，所述Z轴检测框架与所述哥氏质量块一起构成Z轴检测环路质量，且结构关于X轴对称，同时整个双轴MEMS陀螺仪结构为全解耦设计；

所述器件层结构还包括：

推挽式驱动力系统、驱动端差分检测输出信号系统、X轴差分检测输出信号系统、Z轴差分检测输出信号系统以及Z轴检测输出闭环控制信号系统；

所述推挽式驱动力系统为双轴MEMS陀螺仪提供推挽式驱动力，所述驱动端差分检测输出信号系统为双轴MEMS陀螺仪驱动端提供差分检测输出信号，所述X轴差分检测输出信号系统为双轴MEMS陀螺仪提供X轴差分检测输出信号，以检测X轴角速度，所述Z轴差分检测输出信号系统为双轴MEMS陀螺仪提供Z轴差分检测输出信号，以检测Z轴角速度，所述Z轴检测输出闭环控制信号系统为双轴MEMS陀螺仪提供Z轴检测输出闭环控制信号。