[实用新型]心跳型单结构三轴微机电陀螺仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微机电陀螺仪，尤其涉及一种具有解耦特性的心跳型单结构三轴微机电陀螺仪，属于微机电系统(MEMS)领域。

背景技术

微机电陀螺仪是基于微机电系统的惯性器件，可用来测量运动物体的角速度。和传统陀螺仪相比，微机电陀螺仪具有体积小，质量轻，价格低廉，更适合大批量生产等特点。传统陀螺仪，包括机械陀螺仪，激光陀螺仪，光纤陀螺仪等等，一直广范应用于飞行器稳定控制，武器导航制导，汽车安全等领域，由于这些陀螺仪体积大，成本高而不适合应用于消费类电子产品。近年来，随着MEMS技术的发展，微机电陀螺仪正逐渐应用于消费类电子产品，如数码相机的图像稳定，游戏机的控制手柄，手机功能控制，以及和微加速度传感器构成的微导航仪等等。

微机电陀螺仪主要由驱动部分和感应部分组成，由于其设计和制造的复杂性，目前市场上出现的多为一轴和二轴陀螺仪，三轴陀螺仪的应用一般是多个一轴或二轴陀螺仪的正交装配，或者将多个陀螺仪集成在单个芯片上，这些都达不到消费电子类产品市场追求小型化的目的。开发单结构三轴陀螺仪，已经成为微机电陀螺仪研发的重要方向。

本实用新型采用单结构设计，整体采用类似于心跳方式的驱动，电容式静电驱动和电容差动输出，三轴均使用独立的感应结构，避免了各轴之间感应信号的相互耦合。结构紧促，减小了陀螺仪体积，适合大批量生产，可实现良好的测量精度和灵敏度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构紧促、成本低廉、制作工艺简单、具有较高品质因子、各轴之间的信号耦合可在结构上得到抑制、而且各轴都可以实现驱动和检测的运动解耦的心跳型单结构三轴微机电陀螺仪。

实现本实用新型上述目的所采用的技术方案为：一种心跳型单结构三轴微机电陀螺仪，它包括衬底以及轴结构，其特征在于：所述的轴结构包括水平轴结构和z轴结构，所述的水平轴结构和z轴结构分别安装在所述衬底上，所述的水平轴结构用来测量x轴角速度和y轴角速度，所述的水平轴结构由四组水平轴分结构和位于水平轴分结构中心处并且分别与所述的四组水平轴分结构相连接的十字连接器组成，所述的四组水平轴分结构分别位于x轴和y轴的轴线上，呈对称状分布；所述的z轴结构用来测量z轴角速度，所述的z轴结构由四组z轴分结构和位于所述z轴分结构外侧的四个同步协调器组成，所述的四个同步协调器分别连接相邻的z轴分结构，所述的四组z轴分结构和所述的四组水平轴分结构交错分布，四组z轴分结构分别位于x轴和y轴构成的坐标轴的角分线上，呈对称状分布，所述的四组水平轴分结构和四组z轴分结构通过八条脐带依次连接。

所述四组水平轴分结构中的每一组水平轴分结构均包括水平轴驱动结构、水平轴感应结构和水平轴弹性结构，所述的水平轴驱动结构包括水平轴驱动支架和水平轴驱动梳齿电极组，所述的水平轴驱动支架悬浮在衬底上，所述水平轴驱动梳齿电极组包括水平轴活动梳齿电极和水平轴固定梳齿电极，水平轴活动梳齿电极连接在水平轴驱动支架上，水平轴固定梳齿电极固定于衬底上；所述的水平轴感应结构由水平轴质量块和下极板组成，所述的水平轴质量块悬浮于衬底之上，并且通过脐带与z轴分结构相连，所述的下极板位于水平轴质量块下方并且与水平轴质量块平行设置，所述的下极板也固定在衬底上；所述的水平轴弹性结构包括水平轴外侧弹簧机构、水平轴内侧弹簧机构、中心弹性铰链以及两个对称分布的侧翼弹性铰链，所述的水平轴外侧弹簧机构共两组，均位于所述水平轴驱动支架的外侧，水平轴外侧弹簧机构的一端连接在水平轴驱动支架上，另一端通过锚点固定于衬底上，所述的水平轴内侧弹簧机构的一端连接于水平轴质量块的内侧，另一端和所述的十字连接器相连，所述中心弹性铰链和两个对称分布的侧翼弹性铰链的两端分别与水平轴质量块和水平轴驱动支架相连，所述的十字连接器包括十字连接梁和十字连接弹簧，所述的十字连接梁悬浮在衬底上，该十字连接梁与四组水平轴分结构的水平轴内侧弹簧机构连接，十字连接弹簧位于十字连接梁的中心，所述十字连接弹簧在x轴方向上与十字连接梁固定连接，在y轴方向上通过四个锚点固定在衬底上。