[发明专利]一种基于轮-环形式的单片三轴MEMS陀螺仪

摘要

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。

主权项

1.一种基于轮‑环形式的单片三轴MEMS陀螺仪，其特征在于：包括玻璃基底（1）、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（201）、圆环形驱动质量块（202）、四根直形弹性支撑悬梁（203）、八个可动驱动梳齿（204）、八对固定驱动梳齿（205）；圆柱形中心锚体（201）的下端面与玻璃基底（1）的上表面固定；圆环形驱动质量块（202）套设于圆柱形中心锚体（201）的外侧，且圆环形驱动质量块（202）的轴线与圆柱形中心锚体（201）的轴线重合；圆环形驱动质量块（202）的下端面与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；四根直形弹性支撑悬梁（203）的尾端面均与圆柱形中心锚体（201）的侧面固定，且四根直形弹性支撑悬梁（203）围绕圆柱形中心锚体（201）的轴线等距排列；四根直形弹性支撑悬梁（203）的首端面均与圆环形驱动质量块（202）的内侧面固定；每个可动驱动梳齿（204）的梳齿数目均为两排；八个可动驱动梳齿（204）的尾端面均与圆环形驱动质量块（202）的外侧面固定，且八个可动驱动梳齿（204）围绕圆环形驱动质量块（202）的轴线等距排列；八个可动驱动梳齿（204）的下表面均与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；八对固定驱动梳齿（205）一一对应地对称分布于八个可动驱动梳齿（204）的两侧，且八对固定驱动梳齿（205）和八个可动驱动梳齿（204）一一对应地构成变面积式电容检测；八对固定驱动梳齿（205）的下表面均与玻璃基底（1）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（301）、两根第I三角形弹性支撑悬梁（302）、两个第I弧形电极（303）；第I圆环形敏感质量块（301）套设于圆环形驱动质量块（202）的外侧，且第I圆环形敏感质量块（301）的轴线与圆环形驱动质量块（202）的轴线重合；第I圆环形敏感质量块（301）的下端面与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；两根第I三角形弹性支撑悬梁（302）的粗端面均与第I圆环形敏感质量块（301）的内侧面固定，且两根第I三角形弹性支撑悬梁（302）左右对称；两根第I三角形弹性支撑悬梁（302）的尖端均与圆环形驱动质量块（202）的外侧面固定；两个第I弧形电极（303）的下端面均与玻璃基底（1）的上表面固定，且两个第I弧形电极（303）前后对称；两个第I弧形电极（303）的内侧面均与第I圆环形敏感质量块（301）的内侧面齐平；两个第I弧形电极（303）的外侧面均与第I圆环形敏感质量块（301）的外侧面齐平；两个第I弧形电极（303）的上端面和第I圆环形敏感质量块（301）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（401）、两根第II三角形弹性支撑悬梁（402）、两个第II弧形电极（403）；第II圆环形敏感质量块（401）套设于第I圆环形敏感质量块（301）的外侧，且第II圆环形敏感质量块（401）的轴线与第I圆环形敏感质量块（301）的轴线重合；第II圆环形敏感质量块（401）的下端面与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；两根第II三角形弹性支撑悬梁（402）的粗端面均与第II圆环形敏感质量块（401）的内侧面固定，且两根第II三角形弹性支撑悬梁（402）前后对称；两根第II三角形弹性支撑悬梁（402）的尖端均与第I圆环形敏感质量块（301）的外侧面固定；两个第II弧形电极（403）的下端面均与玻璃基底（1）的上表面固定，且两个第II弧形电极（403）左右对称；两个第II弧形电极（403）的内侧面均与第II圆环形敏感质量块（401）的内侧面齐平；两个第II弧形电极（403）的外侧面均与第II圆环形敏感质量块（401）的外侧面齐平；两个第II弧形电极（403）的上端面和第II圆环形敏感质量块（401）的下端面共同形成两个第II微电容器；所述z轴敏感结构包括第III圆环形敏感质量块（501）、八根折叠形弹性支撑悬梁（502）、八个方块形锚体（503）、八对第III弧形电极（504）、八个第IV弧形电极（505）；第III圆环形敏感质量块（501）套设于第II圆环形敏感质量块（401）的外侧，且第III圆环形敏感质量块（501）的轴线与第II圆环形敏感质量块（401）的轴线重合；第III圆环形敏感质量块（501）的下端面与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；八根折叠形弹性支撑悬梁（502）的首端面均与第III圆环形敏感质量块（501）的内侧面固定，且八根折叠形弹性支撑悬梁（502）围绕第III圆环形敏感质量块（501）的轴线等距排列；八根折叠形弹性支撑悬梁（502）的尾端一一对应地通过八个方块形锚体（503）与玻璃基底（1）的上表面固定；八对第III弧形电极（504）一一对应地对称分布于八根折叠形弹性支撑悬梁（502）的首端两侧，且八对第III弧形电极（504）的下端面均与玻璃基底（1）的上表面固定；八对第III弧形电极（504）的外侧面和第III圆环形敏感质量块（501）的内侧面共同形成八对第III微电容器；八个第IV弧形电极（505）均位于第III圆环形敏感质量块（501）的外侧，且八个第IV弧形电极（505）的下端面均与玻璃基底（1）的上表面固定；八个第IV弧形电极（505）围绕第III圆环形敏感质量块（501）的轴线等距排列，且八个第IV弧形电极（505）的中点位置与八根折叠形弹性支撑悬梁（502）的首端一一正对；八个第IV弧形电极（505）的内侧面和第III圆环形敏感质量块（501）的外侧面共同形成八个第IV微电容器。