[发明专利]一种间接连接型音叉振动式微机械陀螺

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械系统领域，涉及一种间接连接型音叉振动式微机械陀螺，特别是涉及一种左结构和右结构间接连接、静电梳齿驱动和静电梳齿电容和平行板电容相结合共同检测的、主要的阻尼为滑膜阻尼的音叉振动式微机械陀螺。

背景技术

微机械陀螺是利用科氏效应来检测转动物体角速度的一种微惯性传感器。采用微电子机械加工技术制备的微机械陀螺因其成本低、体积小、质量轻、功耗低、结构与工艺简单以及适合量产等特点，广泛应用于航空航天、军事、汽车、消费电子产品等领域。音叉振动式微机械陀螺是一种具有对称结构的典型微机械陀螺，与传统微机械陀螺相比具有双倍的检测输出、有效的抑制轴向加速度干扰、较高的品质因子(Q值)和灵敏度等特点。音叉振动式微机械陀螺的两个对称结构若通过中间质量块-弹簧结构间接相连，则这种陀螺就是间接连接型音叉振动式微机械陀螺，这种陀螺对提高驱动方向振动并消除检测方向干扰模态的影响有一定促进作用，因此，受到国内外学者的广泛关注。

微机械陀螺通常的驱动方式是电磁驱动和静电驱动两种。电磁驱动采用洛仑兹力来实现，驱动力较大，但是不稳定，并且需要一定附加绝缘措施，工艺复杂；静电驱动是利用两组电极之间的静电吸引力实现，驱动力较小，但驱动稳定，无需附加措施，较易实现。

微机械陀螺通常的检测方式是梳齿压阻检测、静电梳齿电容检测和平行板电容检测三种。梳齿压阻检测通过梳齿之间距离改变从而使电容发生改变进行检测的，其阻尼是典型的压膜阻尼，影响系统品质因子的提高，采用这种检测方式的陀螺往往需要真空封装，以避免灵敏度的降低；静电梳齿电容检测通过梳齿之间交叠面积的改变从而使电容发生改变进行检测的，其阻尼是压膜阻尼和滑膜阻尼，压膜阻尼的存在使系统品质因子降低的可能，但主要是滑膜阻尼，使系统保证较高的品质因子；平行板电容检测与静电梳齿电容检测类似，也是通过交叠面积的改变而实现电容检测，不同的是其阻尼均属于滑膜阻尼，无需真空封装，在大气压下就能获得较高的灵敏度，缺点是需要严格控制加工精度以保证固定栅极和可动栅极的对中。

如能设计一种结构形式，可采用静电驱动，能将平行板电容检测和静电梳齿电容检测结合并用的双重检测方法，而且能将两种检测方式优点相结合的话，则不仅能解决上述单一检测方式的各种缺点，能在大气环境下可获得更高灵敏度、更稳定的检测输出，而且在复杂环境中仍能保持较高精度和稳定性，获得现在采用单一检测方式的产品不能达到的优良性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种间接连接型音叉振动式微机械陀螺，能提供稳定的驱动力和两种检测方式优点相结合的并行检测方式，获得较高灵敏度和稳定的检测输出。

为实现上述目的，本发明提出以下技术解决方案：一种间接连接型音叉振动式微机械陀螺，其特征在于：

(a)该陀螺由第一基板及悬于第一基板上方的第二基板组成，第一基板和第二基板通过四个锚点固定；

(b)所述第一基板包括两组对称的检测栅形固定电极、两个检测梳齿固定电极、两组对称的驱动梳齿固定电极，所述各固定电极通过电极锚点固定；

(c)第二基板包括对称的左结构和右结构以及连接左结构和右结构的中间结构；左结构或右结构包括一个带驱动梳齿的驱动质量块、两个位于驱动质量块内部的检测质量块以及驱动质量块外沿的驱动弹性梁，所述检测质量块包括检测栅形可动栅极和检测可动梳齿，并通过检测弹性梁和驱动质量块连接；中间结构包括与驱动弹性梁相连的两个中间耦合质量块和通过四个锚点与中间耦合质量块相连的四个中间耦合弹性梁。

所述第二基板的每个检测质量块均与驱动质量块连接，每个驱动质量块通过四个驱动弹性梁与中间耦合质量块连接，每个中间耦合质量块通过两个中间耦合弹性梁与第一基板锚接在一起。

所述驱动弹性梁和中间耦合弹性梁均采用“U+I”结构型梁，即采用U型结构，但U型的一边比另一边长一段；检测弹性梁采用等腰梯形结构。

每个驱动质量块带有一组驱动梳齿，驱动梳齿左右对称分布，驱动梳齿和驱动梳齿固定电极通电后能产生驱动方向的静电驱动力。

每个检测质量块在检测方向一端通过检测弹簧梁与驱动质量块相连，另外一端带有检测可动梳齿，每个检测质量块有检测栅形可动栅极，检测可动梳齿与检测梳齿固定电极共同构成梳齿电容检测，检测栅形可动栅极和检测栅形固定电极共同构成平行板电容检测。