[发明专利]一种三轴陀螺仪

说明书

本发明提供一种三轴陀螺仪，其包括：第一驱动框架，其位于左侧，其能够沿Y轴进行上下方向的谐振运动；第二驱动框架，其位于右侧，其与第一驱动框架平行且间隔预定距离，其能够沿Y轴进行与第一驱动框架反向的谐振运动；连接于第一驱动框架和第二驱动框架之间的X/Y陀螺结构；连接于第一驱动框架和第二驱动框架外侧的Z陀螺结构；其中，X/Y陀螺结构与Z陀螺结构相互独立，X/Y陀螺结构和Z陀螺结构均是由所述第一驱动框架和第二驱动框架共同驱动。与现有技术相比，本发明中的三轴陀螺仪的X/Y陀螺结构和Z陀螺结构都是由同样的两个驱动框架驱动，同时X/Y陀螺结构与Z陀螺结构相互独立，因此，本发明中的三轴陀螺仪，其具有集成度高、正交误差小的优点。

【技术领域】

本发明涉及微机械系统技术领域，尤其涉及一种杠杆式三轴陀螺仪。

【背景技术】

陀螺是用于测量角速率的传感器，是惯性技术的核心器件之一，在现代工业控制、航空航天、国防军事及消费电子等领域发挥着重要作用。

陀螺的发展大致可分为三个阶段：

第一阶段是传统的机械转子陀螺，它精度很高，在核潜艇、洲际战略导弹等军用战略武器上发挥着不可替代的作用，但它的体积较大、制造过程复杂、价格昂贵、周期长且不适合批量化生产；第二阶段是光学检测陀螺，主要包括激光陀螺和光纤陀螺，主要利用萨格纳克效应，其优点是无旋转部件、精度较高，在航海和航空航天方面发挥着重要作用，但仍面临着体积较大、成本较高、不易集成的问题；第三阶段是微机械陀螺，发展于20世纪90年代，其研究起步较晚，但凭借着体积小、功耗小、重量轻、可批量生产、价格低、抗过载能力强和可集成的独特优点发展迅速，适用于飞机导航、汽车制造、数码电子、工业器械等民用领域和无人机、战术导弹、智能炸弹、军用瞄准系统等现代国防军事领域，其具有广泛的应用前景，越来越受到人们的关注。

随着消费市场的需求量增大，对MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)陀螺仪的尺寸、性能有了更高的要求，陀螺仪也从单轴陀螺仪变为三轴陀螺仪，早期的三轴陀螺仪由三个独立的单轴陀螺仪组成，需要包含单独的驱动结构，故整体结构尺寸大。现消费级应用中，一般为单片三轴陀螺仪，特点是驱动共享，并对X/Y/Z陀螺质量块进行合理布局，尽管如此三轴陀螺仪同样面临着尺寸较大，集成度不高，正交误差大的问题。

参见中国发明专利CN108225295A，其公开了一种音叉驱动效应的三轴陀螺仪，该专利公开的三轴陀螺结构巧妙的设计了转向结构，左右质量块用于检测Y/Z轴角速率，中心质量块用于检测X轴角速率，但明显其集成度不高，且Y/Z质量块共用质量块容易产生耦合；继续参见中国发明专利CN110926445A，其公开了一种三轴MEMS陀螺仪，该专利所公开的微陀螺结构为共享驱动，其创新点在于X/Y陀螺仪结构设计新颖，且X/Y轴陀螺仪相互作用且设置在驱动框架中间位置，并通过中心锚点支撑，Z轴陀螺仪分布在X/Y陀螺仪两侧，并连接着中间的陀螺仪结构。其整体结构设计新颖合理，集成度高，但其Z轴陀螺仪没有直接解耦，可能会面临着灵敏度低，正交误差大的问题。

因此，亟需提出一种新的技术方案来解决现有技术中三轴陀螺仪集成度低、正交误差大的问题。

【发明内容】

本发明的目的之一在于提供一种三轴陀螺仪，其具有集成度高、正交误差小的优点。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种三轴陀螺仪，其包括：第一驱动框架，其位于左侧，其能够沿Y轴进行上下方向的谐振运动；第二驱动框架，其位于右侧，其与第一驱动框架平行且间隔预定距离，其能够沿Y轴进行与第一驱动框架反向的谐振运动；连接于第一驱动框架和第二驱动框架之间的X/Y陀螺结构；连接于第一驱动框架和第二驱动框架外侧的Z陀螺结构；其中，所述X/Y陀螺结构与所述Z陀螺结构相互独立，所述X/Y陀螺结构和Z陀螺结构均是由所述第一驱动框架和第二驱动框架共同驱动。