[发明专利]基于双音叉效应的对称全解耦双质量块硅微陀螺仪

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械系统和微惯性测量领域，特别涉及一种基于双音叉效应的对称全解耦双质量块硅微陀螺仪。

背景技术

机械模块与电子系统的微型化与集成——微机电系统(MEMS)技术的出现，给惯性传感器领域带来一场革命。其中，硅微陀螺仪具有微型化与集成化、高可靠性、低功耗、易于数字化和智能化、动态性能好等优异性能。随着性能的不断提高，硅微陀螺仪已经取代了部分传统的陀螺仪，在消费类电子、汽车工业、生物医药等领域取得了广泛的应用。

现有技术中，双质量块硅微陀螺仪采用两个子模块相互独立、即两个敏感质量块在驱动模态和检测模态都不关联，或者两个敏感质量块在驱动模态关联而在检测模态不关联的模块设计方式，这就使得两个子模块的驱动和检测模态振动频率不能完全一致，且容易受到同相模态、扭转模态等干扰模态的影响，难以实现准确的差分检测，抗共模干扰能力差；同时，硅微陀螺仪多采用不解耦或者半解耦模块形式，驱动模态和检测模态之间存在较大的耦合，在无哥氏力效应的情况下，其驱动模态的振动能量也会耦合到检测模态，产生较大的输出误差。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种基于双音叉效应的对称全解耦双质量块硅微陀螺仪，两个敏感质量块在驱动模态和检测模态都关联，其可达到振动特性一致、振动平稳、全解耦、驱动幅度大、检测灵敏度高、抗干扰能力强、误差小的效果。

本发明提供一种基于双音叉效应的对称全解耦双质量块硅微陀螺仪，其包括：

玻璃衬底(1c)，其上布置有多个金属电极，且每一所述金属电极上设有多个键合点(18a1、18a2、18a3、18a4、18a5、18a6)；

机械模块(1d)包含两子模块(1a、1b)，且两子模块(1a、1b)对称设在所述衬底上，且一所述子模块包括敏感质量块(4a)、驱动模块(5a1)、驱动反馈模块(5a2)、检测模块(6a1、6a2)、驱动支承梁(7a1、7a2)、驱动反馈支承梁(7a3、7a4)、检测支承梁(8a1、8a2、8a3、8a4)、驱动解耦梁(10a1、10a2)、检测解耦梁(9a1、9a2)、检测耦合支承梁(11a1、11a2、11a3、11a4)、以及固定锚点(13a1、13a2、13a3、13a4)；

其中，两所述敏感质量块(4a、4b)之间通过驱动耦合折叠梁(2a，2b)和横梁(3a，3b)连接，固定锚点(13a1、13a2、13a3、13a4、13a5、13a6)固接在所述衬底上的键合点(18a1、18a2、18a3、18a4、18a5、18a6)上。

进一步地，所述驱动模块(5a1)与所述驱动反馈模块(5a2)对称放置于每一所述敏感质量块(4a)的两侧，所述驱动模块(5a1)通过所述检测解耦梁(9a1)与所述敏感质量块(4a)相连；所述驱动反馈模块(5a2)通过所述检测解耦梁(9a2)与所述敏感质量块(4a)相连；两所述检测模块(6a1、6a2)对称放置于敏感质量块(4a)的另两侧，并分别通过驱动解耦梁(10a1、10a2)与敏感质量块(4a)相连；所述驱动模块(5a1)通过所述驱动支承梁(7a1、7a2)与所述固定锚点(13a1、13a2)相连，所述驱动反馈模块(5a2)通过所述驱动反馈支承梁(7a3、7a4)与所述固定锚点(13a3、13a4)相连，所述检测模块(6a1、6a2)通过所述检测支承梁(8a1、8a2、8a3、8a4)与所述固定锚点(13a1、13a2、13a3、13a4)相连。

进一步地，所述子模块(1a)沿着过其中心点的驱动方向对称，且同时沿着过其中心点的检测方向对称。

进一步地，所述金属电极包括公共电极(19a)、驱动电极(20a1、20a2)，所述驱动模块(5a1)还包括与所述公共电极(19a)连接的活动驱动梳齿(14a1、14a2)、与所述驱动电极(20a1、20a2)连接的固定驱动梳齿锚点(13a7、13a8、13a9、13a10)和设置于固定驱动梳齿锚点(13a7、13a8、13a9、13a10)上的固定驱动梳齿(15a1、15a2、15a3、15a4)。