[发明专利]椭圆谐振模态压电式MEMS圆环陀螺仪

权利要求书

1.一种椭圆谐振模态压电式MEMS圆环陀螺仪，其特征在于：包括设有凹腔的衬底，凹腔上方悬空有圆环谐振子和固支梁，固支梁沿圆环谐振子外侧均布，圆环谐振子通过固支梁与外围固支结构连接，外围固支结构与衬底固定，以圆环谐振子顶面上外圆和内圆之间的中心圆为基准圆，基准圆沿线均布有贯穿厚度方向的隔热槽，圆环谐振子的顶电极沿基准圆内外侧差分布置，每一对位于基准圆内外侧的顶电极均为一对极性相反的顶电极对，顶电极对的数目与固支梁的数目相同，顶电极对均匀布置于应变最大处，当陀螺仪谐振模态为一阶椭圆模态时，固支梁为八个；当陀螺仪谐振模态为二阶椭圆模态时，固支梁为十二个。

2.如权利要求1所述的椭圆谐振模态压电式MEMS圆环陀螺仪，其特征在于：顶电极包括驱动电极、驱动检测电极、调谐电极、检测电极和正交补偿电极；驱动电极用于激励陀螺仪工作在驱动模态；驱动检测电极用于检测驱动模态的谐振频率和振动幅度，并通过闭环控制电路使陀螺仪工作在稳定的谐振状态；调谐电极用于调节陀螺仪的驱动谐振频率；检测电极用于检测由平台转动引起的科里奥利力所产生的电信号输出；正交补偿电极用于减小或消除陀螺仪的正交误差信号。

3.如权利要求1所述的椭圆谐振模态压电式MEMS圆环陀螺仪，其特征在于：圆环谐振子包括从下到上依次堆叠的硅结构层、电介质层、底电极层、压电材料层和顶电极层以及位于顶面和\或底面的氧化硅层。

4.如权利要求1所述的椭圆谐振模态压电式MEMS圆环陀螺仪，其特征在于：圆环谐振子包括从下到上依次堆叠的硅结构层、压电材料层和顶电极层以及位于顶面和\或底面的氧化硅层，其中硅结构层重掺杂同时作为底电极层。

5.如权利要求3或4所述的椭圆谐振模态压电式MEMS圆环陀螺仪，其特征在于：硅结构层为单晶硅、多晶硅或非晶硅；压电材料层为氮化铝、氧化锌或锆钛酸铅；底电极层和顶电极层的材料为金、铝、钼、铂或铬。

6.如权利要求1所述的椭圆谐振模态压电式MEMS圆环陀螺仪，其特征在于：隔热槽为弧形槽、条形槽、方形槽或圆孔。

7.如权利要求1所述的椭圆谐振模态压电式MEMS圆环陀螺仪，其特征在于：顶电极为圆弧状，每一对位于基准圆内外侧的顶电极均为一对极性相反的顶电极对，顶电极对的数目与固支梁的数目相同。

8.如权利要求1所述的椭圆谐振模态压电式MEMS圆环陀螺仪，其特征在于：固支梁为Z型梁、直梁或T型梁，个数为偶数。

9.如权利要求1所述的椭圆谐振模态压电式MEMS圆环陀螺仪，其特征在于：固支梁与圆环谐振子的连接处位于圆环谐振子振动的波节位置。