[发明专利]一种新型微机械陀螺仪正交误差补偿结构

说明书

技术领域

本发明涉及微机械陀螺仪研究领域，具体地，涉及一种新型微机械陀螺仪正交误差补偿结构。

背景技术

微机械陀螺仪结构基于Coriolis力原理工作，外界角速度将驱动方向的能量耦合到检测方向上引起检测质量块运动，从而实现角速度测量。但是，由于加工误差的存在，导致驱动运动直接耦合到检测方向上而不经过角速度的作用(如图1、图2所示)，因此产生的是误差信号。该误差信号的相位与驱动位移相同，与Coriolis信号相差90度，因此称为正交误差。为了提高微机械陀螺仪的精度，需要对正交误差进行补偿或抑制。

由于正交误差与Coriolis信号相差90度，因此可以通过相敏解调来抑制正交误差，但是实际中由于解调信号与正交误差之间的相位不可能刚好相差90度，导致部分正交误差残留，且从电路上实现精确的相位控制会付出非常大的代价。

电荷注入是补偿正交误差的另一种方法，该方法通过解调出正交误差信号，再将该信号反馈回检测前端运放，从而实现正交误差补偿。该方法的缺点同上，由于解调相位的偏差导致部分正交误差残留。

另一种补偿正交误差的方法是，在驱动或检测质量块上增加施力电极，在施力电极上加载与正交误差运动反相的交流电压，产生交变力，从而使正交误差运动被抵消掉。该方法从根源上消除了正交误差，但是施力电极上加载电压的相位的精确控制决定了该方法的效果，这种方法实现非常困难。

另外，现有的结构在解决陀螺仪正交误差补偿时会产生力矩，导致不良影响。

综上所述，本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，现有的微机械陀螺仪正交误差补偿存在成本较高，或难于实现，或具有正交误差残留，或产生力矩，导致不良影响的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种新型微机械陀螺仪正交误差补偿结构，解决了现有的微机械陀螺仪正交误差补偿存在成本较高，或难于实现，或具有正交误差残留，或产生力矩，导致不良影响的技术问题，实现了结构设计合理，简单的实现了补偿正交误差，并且降低了力矩，避免产生不良影响的技术效果。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种新型微机械陀螺仪正交误差补偿结构，补偿结构位于质量块(7)内部空腔中，所述补偿结构(1)包括：

动齿(2)、动齿(4)、动齿(5)、动齿(7)、定齿(3)、定齿(6)、连接件(10)；动齿(2)位于动齿(4)上方，动齿(2)的一端和动齿(4)的一端均与质量块(8)的左侧内壁连接，定齿(3)一端与连接件(10)连接，定齿(3)另一端延伸至动齿(2)与动齿(4)之间；动齿(5)位于动齿(7)上方，动齿(5)的一端和动齿(7)的一端均与质量块(8)的右侧内壁连接，定齿(6)一端与连接件(10)连接，定齿(6)另一端延伸至动齿(5)与动齿(7)之间；其中，电气上，动齿(2)、动齿(4)、动齿(5)、动齿(7)与质量块(8)具有相同电位，定齿(3)、定齿(6)与连接件(10)具有相同电位，动齿(2)、动齿(4)、动齿(5)、动齿(7)、质量块(8)与定齿(3)、定齿(6)、连接件(10)之间具有一电压V_DC，该电压可通过外部电路加载并可调整其大小。

其中，本发明提出了一种补偿微机械陀螺仪正交误差的结构，该结构产生的补偿静电力与正交误差自动保持同步，没有相位控制的问题，该结构只需调整一个直流电压的大小就可以实现对不同大小正交误差的补偿，控制简单，大大降低了后续信号处理的复杂度，并且方便了器件的校准，有利于提高器件良品率，降低生产成本。

并且，补偿结构(1)位于质量块(7)内部空腔中，补偿梳齿电极分布在质量块外侧的设计会产生较大的力矩，导致不良影响，而本申请中的梳齿结构位于质量块内，产生的力矩较小，降低了力矩的影响，避免产生不良影响。

进一步的，该结构可由掺杂的单晶硅、多晶硅、金属等微机械加工材料加工而成，补偿结构(1)为导体，且连接件(10)固定在衬底上。

进一步的，动齿(2)与定齿(3)之间的间距、动齿(4)和定齿(3)之间的间距、动齿(5)与定齿(6)之间的间距、动齿(7)和定齿(6)之间的间距均相等，此设计可增加微结构的匹配性，减小工艺误差的影响。