[发明专利]一种三轴微机电陀螺仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机电陀螺仪，具体涉及一种具有解耦特性的单结构三轴微机电陀螺仪。

背景技术

微电子机械系统(Micro Electro Mechanical System)，简称MEMS，是在微电子技术基础上发展起来的集微型机械、微传感器、微执行器、信号处理、智能控制于一体的一项新兴科学技术。

微机电陀螺仪是基于MEMS技术的惯性器件，用于测量物体运动的角速度。它具有体积小，可靠性高，成本低廉，适合大批量生产的特点，因此具有广阔的市场前景，可应用于包括消费电子、航空航天、汽车、医疗设备和武器在内的广泛领域。

微机电陀螺仪系统通常包括驱动部分和检测部分，其设计具有一定的复杂性，尤其是涉及三轴同时测量的微机电陀螺仪时。目前三轴陀螺仪主要通过将三个单轴陀螺仪或者将一个Z轴陀螺仪和一个平面检测陀螺仪进行正交配置的设计方式来实现，但是这种组合的方式不利于器件的小型化，因此开发单结构的三轴陀螺仪已经成为现今微机电陀螺仪设计研发的重要方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能良好的单结构设计的三轴微机电陀螺仪，为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种三轴微机电陀螺仪，包括：

基板；

位于基板中央位置的环形检测电容，其中心为原点；

所述环形检测电容包括固定在基板上的四个下极板以及正对所述四个下极板并且悬置于所述下极板上方的环形上极板；所述四个下极板分为两组：第一组下极板沿x轴在原点的两侧对称分布，所述第一组下极板与其对应部分的环形上极板相配合构成一组第一检测电容；第二组下极板沿y轴在原点的两侧对称分布，所述第二组下极板与其对应部分的环形上极板相配合构成另一组第一检测电容；所述环形上极板在原点处通过第一锚点固定于基板上；

两组驱动电容，位于所述环形检测电容的外侧且沿y轴在原点的两侧对称分布；每组所述驱动电容都包括互相配合的可动驱动电极和固定驱动电极；

两组第二检测电容，位于所述环形检测电容的外侧且沿x轴在原点的两侧对称分布；每组所述第二检测电容都包括互相配合的可动检测电极和固定检测电极；

联动部，分别与所述可动驱动电极、所述可动检测电极、以及所述环形上极板的外沿连接；其中，所述驱动电容用于提供沿y轴方向的驱动力，并且通过所述联动部带动所述可动检测电极沿y轴方向做线运动以及带动所述环形上极板绕所述第一锚点做转动运动。

进一步优选的技术方案，所述可动驱动电极和固定驱动电极为梳齿状电极。

进一步优选的技术方案，所述可动检测电极和固定检测电极为梳齿状电极。

进一步优选的技术方案，所述环形上极板为圆环形状或者方环形状。

进一步优选的技术方案，所述第一组下极板组内的两个下极板形状相同，所述第二组下极板组内的两个下极板形状相同。

进一步优选的技术方案，所述联动部包括矩形外框架和位于所述矩形外框架内部的第一联动部；所述矩形外框架包围所述环形检测电容，所述矩形外框架通过第一联动部与所述环形上极板的外沿连接；所述两组驱动电容对称分布在所述矩形外框架平行于x轴的两侧，所述可动驱动电极与所述矩形外框架平行于x轴的侧边连接；所述两组第二检测电容对称分布在所述矩形外框架平行于y轴的两侧，所述可动检测电极与所述矩形外框架平行于y轴的侧边连接；其中，所述驱动电容驱动所述矩形外框架沿y轴方向做线运动，沿y轴方向做线运动的矩形外框架通过所述第一联动部带动所述环形上极板绕所述第一锚点做转动运动。

进一步优选的技术方案，所述第一联动部包括第一联动梁，两条杠杆梁、两条第二联动梁、第三联动梁；所述第一联动梁和所述第二联动梁均平行于y轴设置，所述杠杆梁和第三联动梁均平行于x轴设置；所述两条杠杆梁分别与所述第一联动梁连接以形成一端开口的方框结构，所述环形检测电容位于所述两条杠杆梁之间；所述第二联动梁关于x轴对称且位于所述杠杆梁和所述矩形外框架之间，所述第二联动梁的一端连接邻近的一条杠杆梁，另一端连接所述矩形外框架；所述第三联动梁的一端连接所述第一联动梁的中部，另一端与所述环形上极板的外沿连接。

进一步优选的技术方案，所述杠杆梁未与所述第一联动梁连接的一端为支撑端，所述两条杠杆梁的支撑端各通过一第二锚点固定于所述基板上。

进一步优选的技术方案，所述第一联动部还包括两条支撑梁，所述两条支撑梁均平行于y轴设置；所述两条支撑梁关于x轴对称且位于所述方框结构和所述环形检测电容之间，一端连接邻近的一条杠杆梁，另一端各通过一第三锚点固定于所述基板上。