[发明专利]一种具有温度补偿结构的谐振式硅微机械陀螺

说明书

技术领域

本发明设计一种具有温度补偿结构的谐振式硅微机械陀螺，属于先进传感器技术研究中的传感器优化设计领域。

背景技术

谐振式硅微机械陀螺是基于科氏效应原理通过检测施加角速率前后谐振音叉谐振频率变化来实现对角速率的检测。由于该传感器是基于频率输出原理实现对角速率信号的测试，因此其具有很多优点，例如稳定性好、可靠性高、传输过程中不易产生失真误差、无需经A/D转换即可与数字系统接口等。目前谐振式硅微机械陀螺已经成为MEMS领域的一个重要研究方向，国内外都有大批学者致力于对谐振式硅微机械陀螺各项技术的研究。

虽然微机械陀螺已经得到了广泛的运用，其技术也愈发成熟，但微机械陀螺性能并不稳定，很容易受到干扰。温度误差是微机械陀螺的主要误差来源之一。并且随着陀螺技术的发展与应用范围的扩大，温度效应对陀螺的影响也越来越成为困扰人们的问题。目前对谐振式硅微机械陀螺的研究主要集中在其制作工艺和结构设计等问题上，而对其机理方面的研究较少。有关微机械陀螺温度误差的研究仅局限于微机械陀螺的某一方面,没有贯穿微机械陀螺从制造工艺到性能测试的全过程；对于温度误差形成机理也缺乏相应系统深入的研究,温度误差补偿方法与工程化的实际应用也有一定的距离，缺少实用的温度补偿结构。

基于以上背景，设计一种谐振式硅微机械陀螺的温度补偿结构使其不仅能较好地补偿温度误差，还能保持微机械陀螺小型化、低功耗的特点，是极为重要的。

发明内容

针对目前谐振式硅微机械陀螺温度补偿部分偏重实验进行标定、缺乏系统分析的特点，本发明提出了一种具有温度补偿结构的谐振式硅微机械陀螺，在工作中产生一路补偿信号，对微机械陀螺的输出信号进行实时补偿。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种具有温度补偿结构的谐振式硅微机械陀螺，包括谐振式硅微机械陀螺和补偿音叉，谐振式硅微机械陀螺包括两个静电梳齿驱动器、平板质量块、两个杠杆放大装置和两个谐振音叉，两个静电梳齿驱动器驱动平板质量块产生科式力；杠杆放大装置将该科式力进行放大，谐振音叉受轴向力影响谐振频率发生变化待测；补偿音叉补偿陀螺输出信号的温度误差。

进一步的，补偿音叉与谐振音叉具有完全相同的结构，补偿音叉且直接与谐振音叉相连，在谐振式硅微机械陀螺工作时，可利用谐振音叉与补偿音叉输出的两路信号消除温度对谐振音叉谐振频率的影响，并由谐振音叉的结构计算出输入科式力的大小，进而得到输入角速度的值。

本发明与现有技术相比的优点：

(1)、本发明设计了专门的补偿结构对温度进行补偿，相比于实验标定补偿的方法具有更高的精度，且满足实时的要求。

(2)、本发明补偿音叉与谐振音叉具有相同结构，降低了系统设计成本。

(3)、本发明补偿音叉直接设置于微机械陀螺上，其设计位置靠近谐振音叉，符合本发明小型化、低功耗的设计目标。

附图说明

图1为本发明的一种具有温度补偿结构的谐振式硅微机械陀螺结构框图；

图2为本发明的一种具有温度补偿结构的谐振式硅微机械陀螺机械结构示意图。

图中附图标记的含义为：1为静电梳齿驱动器；2为平板质量块；3为杠杆放大装置；4为双端音叉谐振器，也称作谐振音叉；5为补偿音叉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明谐振式硅微机械陀螺温度补偿结构进行进一步描述。