[发明专利]微机械单振子三轴陀螺仪

说明书

本发明公开了一种微机械单振子三轴陀螺仪，包括一个在x轴和y轴对称的环形振子(1)、四根支撑梁(3)和一个万向节(2)，万向节(2)设置于振子(1)中心，通过四根支撑梁(3)连接振子(1)和万向节(2)，在振子(1)设置有多个振子电极V_dc(12)，在振子电极V_dc(12)上方排布多个固定电极(4‑11)，多个固定电极(4‑11)中部分是驱动电极(4‑7)，部分是检测电极(8‑11)，检测电极(8‑11)用于检测振子(1)，驱动电极(4‑7)驱动振子(1)作一定频率的同频振动，振动的振幅恒定，相位差恒定。本发明采用单振子三轴结构，可以实现陀螺仪的结构紧凑，使得陀螺仪体积小、检测的精度高和降低陀螺仪的制造成本。

技术领域

本发明涉及一种微机械陀螺仪，尤其涉及一种微机械单振子三轴陀螺仪，属于微机电系统(MEMS)领域。

背景技术

陀螺仪是一种重要的惯性传感器，在诸多领域有着广泛应用。陀螺仪按检测轴数分为单轴、双轴、三轴三种，很多应用场合中都需要三轴陀螺仪。在消费电子等低精度场合一般采用多振子单片集成实现小体积，低功耗；而在中高精度的应用场合，一般采用三个独立单轴陀螺仪机械装配的方法来实现三轴陀螺仪，但这种方式的陀螺仪体积较大，限制了其应用场合。现有的微机械三轴陀螺仪，一般采用多振子单片集成，此类陀螺仪体积小，精度低，或者采用三个单轴陀螺进行装配，此类陀螺仪的体积大，成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小体积、高精度和低成本的微机械单振子三轴陀螺仪。

本发明的微机械单振子三轴陀螺仪，包括一个在x轴和y轴对称的环形振子(1)、多个支撑梁(3)和一个万向节(2)，所述万向节(2)设置于所述振子(1)中心，通过所述多个支撑梁(3)连接所述振子(1)和所述万向节(2)，所述振子(1)可在所述x轴和所述y轴上进行弹性振动，在所述振子(1)表面上设置有多个振子电极V_dc(12)，在所述振子电极V_dc(12)上方排布多个固定电极(4、5、6、7、8、9、10、11)，所述振子电极V_dc(12)与其上方排布的所述多个固定电极(4、5、6、7、8、9、10、11)一一对应，所述多个固定电极(4、5、6、7、8、9、10、11)中部分是驱动电极(4、5、6、7)，部分是检测电极(8、9、10、11)，所述驱动电极(4、5、6、7)和所述检测电极(8、9、10、11)相互交替分布，所述检测电极(8、9、10、11)用于检测振子(1)在所述x轴、所述y轴和z轴的角速度，驱动模块连接所述驱动电极V_x+(4)、V_x-(5)、V_y+(6)、V_y-(7)和所述振子(1)，驱动所述振子(1)在正交的所述x轴和所述y轴作一定频率的同频振动，所述振子(1)在所述x轴和所述y轴所作振动的振幅恒定，相位差恒定；当所述振子(1)发生振动时，所述检测电极(8、9、10、11)和所述振子电极V_dc(12)之间的电容产生相应的电容变化量ΔCzx+、ΔCzx-、ΔCzy+、ΔCzy-，所述驱动模块产生控制变量V、驱动谐振频率和相位；还包括检测模块，所述电容变化量ΔCzx+、ΔCzx-、ΔCzy+、ΔCzy-、所述控制变量V、所述驱动谐振频率、所述相位经检测模块处理后得到所述角速度。

进一步的，所述振子(1)为圆环形或多边环形。

进一步的，所述支撑梁(3)为四根。

进一步的，所述检测电极(8、9、10、11)为栅型电极。

进一步的，所述多个固定电极(4、5、6、7、8、9、10、11)包括四个驱动电极V_x+(4)、V_x-(5)、V_y+(6)、V_y-(7)。