[发明专利]一种单锚定点四质量块MEMS谐振式陀螺仪

摘要

本发明涉及一种单锚定点四质量块MEMS谐振式陀螺仪，该陀螺仪包括基板层和位于基板层上方的结构层，结构层包括中心对称结构的支撑架，一端键合到基板层上、另一端固定连接于支撑架对称中心的锚定支撑柱和以锚定支撑柱为中心对称均匀分布在支撑架四周、并分别通过悬臂梁连接到支撑架上的四个质量块，每个质量块均能够在支撑架平面内产生“主模态”振动，或“次模态”振动，或同时产生“主模态”和“次模态”振动；基板层上还设置有固定电容极板，每个质量块内部设置有可动电容极板，固定电容极板与可动电容极板对应组合，形成与每个质量块相对应的驱动电容、驱动检测电容、检测电容和/或力平衡电容。本发明在角速度传感器领域有很高的应用价值。

主权项

一种单锚定点四质量块MEMS谐振式陀螺仪，其特征在于，该陀螺仪包括基板层和位于所述基板层上方的结构层，所述结构层包括：中心对称结构的支撑架，一端键合到所述基板层上、另一端固定连接于所述支撑架的对称中心的锚定支撑柱，和以所述锚定支撑柱为中心对称均匀分布在所述支撑架四周，并分别通过悬臂梁连接到所述支撑架上的四个质量块，所述质量块能够在所述支撑架平面内产生“主模态”振动，或者产生“次模态”振动，或者同时产生“主模态”和“次模态”振动；所述基板层上还设置有固定电容极板，所述质量块内部设置有可动电容极板，所述固定电容极板与所述可动电容极板相对应组合，形成与所述质量块相对应的驱动电容、驱动检测电容、检测电容和/或力平衡电容；所述质量块为中心对称结构，存在两个互相垂直的对称轴；所述陀螺仪的工作模式包括“对称模式”和“解耦模式”，通过调整所述悬臂梁的刚度配置，能改变所述陀螺仪的工作模式；所述“对称模式”既可工作在“速率模式”下，也可工作在“速率积分模式”下；其中，所述“对称模式”的“主模态”振动为四个所述质量块沿以所述锚定支撑柱为中心的圆的径向振动，并且相邻两个所述质量块同一时刻的运动方向相反；其“次模态”振动为四个所述质量块沿以所述锚定支撑柱为中心的圆的切向振动，并且相邻两个所述质量块在同一时刻的运动方向相反；所述“解耦模式”的“主模态”振动为两个相对称的所述质量块沿所述锚定支撑柱为中心的圆的径向振动，且同一时刻的运动方向相反，而另两个所述质量块静止不动；其“次模态”振动为四个所述质量块沿以所述锚定支撑柱为中心的圆的切向振动，并且相邻两个所述质量块在同一时刻的运动方向相反；所述“速率模式”是通过所述驱动电容施加激励力，使所述质量块在“主模态”下振动，当有外界角速度输入时，通过检测所述质量块的“次模态”运动位移大小来反映外界输入角速度大小；所述“速率积分模式”是将所述陀螺仪的“主模态”和“次模态”谐振频率配置为相同，所述质量块自由振动，振动频率为谐振频率，当有外界角度输入时，通过测量所述质量块自由振动振型与所述基板层基准方向的夹角来反映外界输入的角度。