[发明专利]基于音叉驱动效应的三轴微陀螺仪

权利要求书

1.一种基于音叉驱动效应的三轴微陀螺仪，其特征在于：包括上层陀螺仪结构和下层玻璃衬底；

所述陀螺仪结构包括左机械结构、右机械结构、中间机械结构、上横梁、下横梁、短梁和锚点；所述左机械结构、中间机械结构和右机械结构依次相连接，且关于陀螺仪结构中轴线对称；所述上横梁分别与左、右机械结构的上端相连接，下横梁分别与左、右机械结构的下端相连接；所述短梁分别位于上、下横梁的左右两端、上横梁中部上端以及下横梁中部下端，并与所述锚点相连接；

所述下层玻璃衬底上设有金属电容极板、信号引线与金属电极；

所述上层陀螺仪结构的锚点键合在下层玻璃衬底上；

所述左机械结构与右机械结构完全相同；

所述左/右机械结构包括驱动框架，第一连接梁，第一敏感质量，第二连接梁，活动驱动梳齿，固定驱动梳齿，敏感电极，敏感弹性梁和固定锚点；

所述第一连接梁有四个，其中两个设在驱动框架的外部上端左右两侧，与上横梁连接，另外两个设在驱动框架的外部下端左右两侧，与下横梁连接；

所述第一敏感质量位于驱动框架内部；

所述第二连接梁有两个，设在驱动框架内部中端左右两侧，与第一敏感质量相连接；

所述活动驱动梳齿共四排，分别位于驱动框架外部左侧上、左侧下、右侧上、右侧下，每排活动驱动梳齿有两个以上，且等间距垂直设在驱动框架上；

所述固定驱动梳齿固定在基座上，共四排，分别位于驱动框架外部左侧上、左侧下、右侧上、右侧下，且与活动驱动梳齿对插；

所述敏感电极固定在基座上，共两对，分别位于第一敏感质量内部上端和内部下端，每对敏感电极相互平行；

所述敏感弹性梁共四组，分别位于第一敏感质量左上角、左下角、右上角、右下角，每组敏感弹性梁由两个U型梁组成，敏感弹性梁一端连接第一敏感质量，另一端连接固定锚点；

所述中间机械结构包括驱动传递梁，驱动转向机构，第二敏感质量，驱动耦合机构，驱动弹性梁和固定锚点；

所述驱动传递梁有两个，位于中间机械结构左右两端，驱动传递梁一端与左、右机械结构相连接，另一端与所述驱动转向机构相连接；

所述驱动转向机构有四个，分别位于中间机械结构的左上、左下、右上、右下端，驱动转向机构一端与驱动传递梁相连接，另一端与所述第二敏感质量相连接，中端90度转角处通过互成90度的U型梁与固定锚点相连；

所述第二敏感质量有两个，分别位于中间机械结构上端和下端；

所述驱动耦合机构位于中间机械结构的中心，两个第二敏感质量通过驱动耦合机构相连接；

所述驱动弹性梁有四个，分别位于第二敏感质量上端左侧、上端右侧、下端左侧和下端右侧；驱动弹性梁一端连接第二敏感质量，另一端连接固定锚点；

所述驱动传递梁，驱动转向机构，驱动耦合机构和驱动弹性梁均与所述固定锚点相连接。

2.根据权利要求1所述的基于音叉驱动效应的三轴微陀螺仪，其特征在于：所述下层玻璃衬底包括金属电容极板、锚点键合点、信号引线和信号电极；

所述电容极板包括第一敏感质量正下方的第一电容极板，以及第二敏感质量正下方的第二电容极板；

所述锚点键合点包括公共键合点、地键合点、梳齿键合点和敏感电极键合点；

所述信号引线的一端与锚点键合点相连，另一端与信号电极相连；

所述信号电极包括驱动电极、驱动检测电极、x轴敏感电极、y轴敏感电极、z轴敏感电极、公共载波电极和地电极。

3.根据权利要求1所述的基于音叉驱动效应的三轴微陀螺仪，其特征在于：外部驱动电路在驱动电极施加带直流偏置的交流信号，在公共电极施加高频载波信号；通过驱动框架带动敏感质量实现X轴的简谐驱动，通过转向框架将X轴简谐驱动转化为敏感质量的Y轴简谐驱动，从而实现不同敏感质量X、Y两个方向的驱动速度。

4.根据权利要求1所述的基于音叉驱动效应的三轴微陀螺仪，其特征在于：x轴敏感电极，y轴敏感电极，z轴敏感电极通过信号引线连接到金属电容极板，当外界有角速度输入时，敏感质量受到科里奥利力而产生位移，从而实现变间距式电容差分检测。