[发明专利]一种基于图形化补偿的模态匹配式微机械Z轴环形谐振陀螺

权利要求书

1.一种基于图形化补偿的模态匹配式微机械Z轴环形谐振陀螺，用于检测围绕Z轴的角速度，其特征在于：它它包括衬底，锚点，中心轴，驱动方向支撑梁，检测方向支撑梁，谐振环，固定电极。其中，所述锚点，中心轴，驱动方向支撑梁，检测方向支撑梁，谐振环，固定电极均使用(100)单晶硅制作，所述衬底使用Pyrex7740或氧化硅制作。

2.如权利要求1所述的所述一种基于图形化补偿的模态匹配式微机械Z轴环形谐振陀螺，其特征在于：所述驱动方向支撑梁有4根，其分别重合或垂直于(100)单晶硅的[110]方向，每根驱动方向支撑梁之间互成90度，按圆周均匀分布。所述检测方向支撑梁有4根，其分别重合或垂直于(100)单晶硅的[100]方向，每根检测方向支撑梁之间互成90度，按圆周均匀分布。每根相邻的驱动方向支撑梁和检测方向支撑梁之间互成45度。

3.如权利要求1所述的所述一种基于图形化补偿的模态匹配式微机械Z轴环形谐振陀螺，其特征在于：所述驱动方向支撑梁，由n级矩形弹簧梁串联(3≤n≤9)而成，并在驱动方向支撑梁末尾含有小外加质量块。所述小外加质量块的目的是平衡驱动方向的二阶谐振等效质量。所述检测方向支撑梁，由n级矩形弹簧梁串联(3≤n≤9)而成，检测方向的弹簧梁在宽度上会大于驱动方向的弹簧梁，目的是平衡检测方向的二阶谐振等效刚度。所述驱动方向支撑梁和检测方向支撑梁在设计上的图形补偿后，会拥有相同的二阶谐振等效刚度和二阶谐振等效质量。

4.如权利要求1所述的所述一种基于图形化补偿的模态匹配式微机械Z轴环形谐振陀螺，其特征在于：所述谐振环通过驱动方向支撑梁，检测方向支撑梁与中心轴相连接。所述中心轴、固定电极，均通过锚点固定在衬底上。

5.如权利要求1所述的所述一种基于图形化补偿的模态匹配式微机械Z轴环形谐振陀螺，其特征在于：所述固定电极有16个，按圆周均匀分布在支撑环外侧，相邻两个固定电极之间互成22.5度，与支撑环之间形成压膜电容。其中的16个固定电极，以(100)单晶硅的[110]方向为0度方向，顺时针计数，0度和90度方向电极为差分驱动电极；180度和270度方向电极为差分驱动检测电极；45度和135度方向电极为差分力平衡电极，225度和315度电极为差分敏感检测电极；其余8个为静电调谐电极。

6.如权利要求1和5所述的所述一种基于图形化补偿的模态匹配式微机械Z轴环形谐振陀螺，其特征在于：在所述差分驱动电极上施加与驱动方向二阶固有谐振频率相同的电压，所述谐振环将在静电力的作用下开始谐振。所述差分驱动检测电极可以检测所述谐振环的工作频率，为所述差分驱动电极提供反馈控制量。所述差分力平衡电极的作用是提供用以抵消所述谐振环在科里奥利力下发生进动的静电平衡力，以保持所述谐振环不进动。当有Z轴方向的角速度出现，即Z轴科里奥利力输入时，所述谐振环会发生进动，保持所述谐振环不进动的静电平衡力与输入的角速度成正比。所述差分敏感检测电极的作用是检测所述谐振环的进动程度，为所述差分力平衡电极提供反馈控制量。所述静电调谐电极的作用是，考虑到加工过程中的误差，所述谐振环的二阶固有谐振驱动模态频率和检测模态频率之间存在小的频差，通过在所述静电调谐电极上施加直流电压，可以让频差为零，以提高所述Z轴环形谐振陀螺的灵敏度和零偏稳定性。