[发明专利]一种基于轮-环形式的单片三轴MEMS陀螺仪

说明书

本发明涉及三轴陀螺仪，具体是一种基于轮‑环形式的单片三轴MEMS陀螺仪。本发明解决了现有三轴陀螺仪测量精度低、生产成本高的问题。一种基于轮‑环形式的单片三轴MEMS陀螺仪，包括玻璃基底、驱动结构、x轴敏感结构、y轴敏感结构、z轴敏感结构；所述驱动结构包括圆柱形中心锚体、圆环形驱动质量块、四根直形弹性支撑悬梁、八个可动驱动梳齿、八对固定驱动梳齿；所述x轴敏感结构包括第I圆环形敏感质量块、两根第I三角形弹性支撑悬梁、两个第I弧形电极；所述y轴敏感结构包括第II圆环形敏感质量块、两根第II三角形弹性支撑悬梁、两个第II弧形电极。本发明适用于军事导航、深空探测等高精尖领域。

技术领域

本发明涉及三轴陀螺仪，具体是一种基于轮-环形式的单片三轴MEMS陀螺仪。

背景技术

三轴陀螺仪是惯性导航系统的核心敏感器件，可以同时测量x轴、y轴、z轴方向上的角速度输入，其广泛应用于军事导航、深空探测等高精尖领域，具有极其广泛的应用前景。现有三轴陀螺仪主要分为两类：一类是组装式三轴陀螺仪（由三个单轴陀螺仪组装而成），此种三轴陀螺仪受组装工艺所限，存在测量精度低的问题。另一类是单片集成式三轴陀螺仪，此种三轴陀螺仪存在的问题是：其一，无法实现各驱动、检测方向的完全解耦，导致各模态之间的耦合误差大，由此导致测量精度低。其二，结构和加工工艺复杂，导致难以实现大批量生产，由此导致生产成本高。基于此，有必要发明一种全新的三轴陀螺仪，以解决现有三轴陀螺仪测量精度低、生产成本高的问题。

发明内容

本发明为了解决现有三轴陀螺仪测量精度低、生产成本高的问题，提供了一种基于轮-环形式的单片三轴MEMS陀螺仪。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于轮-环形式的单片三轴MEMS陀螺仪，包括玻璃基底、驱动结构、x轴敏感结构、y轴敏感结构、z轴敏感结构；

所述驱动结构包括圆柱形中心锚体、圆环形驱动质量块、四根直形弹性支撑悬梁、八个可动驱动梳齿、八对固定驱动梳齿；

圆柱形中心锚体的下端面与玻璃基底的上表面固定；圆环形驱动质量块套设于圆柱形中心锚体的外侧，且圆环形驱动质量块的轴线与圆柱形中心锚体的轴线重合；圆环形驱动质量块的下端面与玻璃基底的上表面之间留有间隙；四根直形弹性支撑悬梁的尾端面均与圆柱形中心锚体的侧面固定，且四根直形弹性支撑悬梁围绕圆柱形中心锚体的轴线等距排列；四根直形弹性支撑悬梁的首端面均与圆环形驱动质量块的内侧面固定；每个可动驱动梳齿的梳齿数目均为两排；八个可动驱动梳齿的尾端面均与圆环形驱动质量块的外侧面固定，且八个可动驱动梳齿围绕圆环形驱动质量块的轴线等距排列；八个可动驱动梳齿的下表面均与玻璃基底的上表面之间留有间隙；八对固定驱动梳齿一一对应地对称分布于八个可动驱动梳齿的两侧，且八对固定驱动梳齿和八个可动驱动梳齿一一对应地构成变面积式电容检测；八对固定驱动梳齿的下表面均与玻璃基底的上表面固定；

所述x轴敏感结构包括第I圆环形敏感质量块、两根第I三角形弹性支撑悬梁、两个第I弧形电极；

第I圆环形敏感质量块套设于圆环形驱动质量块的外侧，且第I圆环形敏感质量块的轴线与圆环形驱动质量块的轴线重合；第I圆环形敏感质量块的下端面与玻璃基底的上表面之间留有间隙；两根第I三角形弹性支撑悬梁的粗端面均与第I圆环形敏感质量块的内侧面固定，且两根第I三角形弹性支撑悬梁左右对称；两根第I三角形弹性支撑悬梁的尖端均与圆环形驱动质量块的外侧面固定；两个第I弧形电极的下端面均与玻璃基底的上表面固定，且两个第I弧形电极前后对称；两个第I弧形电极的内侧面均与第I圆环形敏感质量块的内侧面齐平；两个第I弧形电极的外侧面均与第I圆环形敏感质量块的外侧面齐平；两个第I弧形电极的上端面和第I圆环形敏感质量块的下端面共同形成两个第I微电容器；

所述y轴敏感结构包括第II圆环形敏感质量块、两根第II三角形弹性支撑悬梁、两个第II弧形电极；