[發(fā)明專利]心跳型單結(jié)構(gòu)三軸微機(jī)電陀螺儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110037594.X
• 申請(qǐng)日: 2011-02-14
• 公開（公告）號(hào): CN102116622A
• 公開（公告）日: 2011-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫博華;王琳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 孫博華
• 主分類號(hào): G01C19/56
• 分類號(hào): G01C19/56;B81B3/00
• 代理公司: 廣州知友專利商標(biāo)代理有限公司 44104
• 代理人: 周克佑

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微機(jī)電陀螺儀，尤其涉及一種具有解耦特性的心跳型單結(jié)構(gòu)三軸微機(jī)電陀螺儀，屬于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微機(jī)電陀螺儀是基于微機(jī)電系統(tǒng)的慣性器件，可用來測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的角速度。和傳統(tǒng)陀螺儀相比，微機(jī)電陀螺儀具有體積小，質(zhì)量輕，價(jià)格低廉，更適合大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)。傳統(tǒng)陀螺儀，包括機(jī)械陀螺儀，激光陀螺儀，光纖陀螺儀等等，一直廣范應(yīng)用于飛行器穩(wěn)定控制，武器導(dǎo)航制導(dǎo)，汽車安全等領(lǐng)域，由于這些陀螺儀體積大，成本高而不適合應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品。近年來，隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)電陀螺儀正逐漸應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品，如數(shù)碼相機(jī)的圖像穩(wěn)定，游戲機(jī)的控制手柄，手機(jī)功能控制，以及和微加速度傳感器構(gòu)成的微導(dǎo)航儀等等。

微機(jī)電陀螺儀主要由驅(qū)動(dòng)部分和感應(yīng)部分組成，由于其設(shè)計(jì)和制造的復(fù)雜性，目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的多為一軸和二軸陀螺儀，三軸陀螺儀的應(yīng)用一般是多個(gè)一軸或二軸陀螺儀的正交裝配，或者將多個(gè)陀螺儀集成在單個(gè)芯片上，這些都達(dá)不到消費(fèi)電子類產(chǎn)品市場(chǎng)追求小型化的目的。開發(fā)單結(jié)構(gòu)三軸陀螺儀，已經(jīng)成為微機(jī)電陀螺儀研發(fā)的重要方向。

本發(fā)明采用單結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，整體采用類似于心跳方式的驅(qū)動(dòng)，電容式靜電驅(qū)動(dòng)和電容差動(dòng)輸出，三軸均使用獨(dú)立的感應(yīng)結(jié)構(gòu)，避免了各軸之間感應(yīng)信號(hào)的相互耦合。結(jié)構(gòu)緊促，減小了陀螺儀體積，適合大批量生產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)良好的測(cè)量精度和靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊促、成本低廉、制作工藝簡(jiǎn)單、具有較高品質(zhì)因子、各軸之間的信號(hào)耦合可在結(jié)構(gòu)上得到抑制、而且各軸都可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)解耦的心跳型單結(jié)構(gòu)三軸微機(jī)電陀螺儀。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術(shù)方案為：一種心跳型單結(jié)構(gòu)三軸微機(jī)電陀螺儀，它包括襯底以及軸結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的軸結(jié)構(gòu)包括水平軸結(jié)構(gòu)和z軸結(jié)構(gòu)，所述的水平軸結(jié)構(gòu)和z軸結(jié)構(gòu)分別安裝在所述襯底上，所述的水平軸結(jié)構(gòu)用來測(cè)量x軸角速度和y軸角速度，所述的水平軸結(jié)構(gòu)由四組水平軸分結(jié)構(gòu)和位于水平軸分結(jié)構(gòu)中心處并且分別與所述的四組水平軸分結(jié)構(gòu)相連接的十字連接器組成，所述的四組水平軸分結(jié)構(gòu)分別位于x軸和y軸的軸線上，呈對(duì)稱狀分布；所述的z軸結(jié)構(gòu)用來測(cè)量z軸角速度，所述的z軸結(jié)構(gòu)由四組z軸分結(jié)構(gòu)和位于所述z軸分結(jié)構(gòu)外側(cè)的四個(gè)同步協(xié)調(diào)器組成，所述的四個(gè)同步協(xié)調(diào)器分別連接相鄰的z軸分結(jié)構(gòu)，所述的四組z軸分結(jié)構(gòu)和所述的四組水平軸分結(jié)構(gòu)交錯(cuò)分布，四組z軸分結(jié)構(gòu)分別位于x軸和y軸構(gòu)成的坐標(biāo)軸的角分線上，呈對(duì)稱狀分布，所述的四組水平軸分結(jié)構(gòu)和四組z軸分結(jié)構(gòu)通過八條臍帶依次連接。

所述四組水平軸分結(jié)構(gòu)中的每一組水平軸分結(jié)構(gòu)均包括水平軸驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、水平軸感應(yīng)結(jié)構(gòu)和水平軸彈性結(jié)構(gòu)，所述的水平軸驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)包括水平軸驅(qū)動(dòng)支架和水平軸驅(qū)動(dòng)梳齒電極組，所述的水平軸驅(qū)動(dòng)支架懸浮在襯底上，所述水平軸驅(qū)動(dòng)梳齒電極組包括水平軸活動(dòng)梳齒電極和水平軸固定梳齒電極，水平軸活動(dòng)梳齒電極連接在水平軸驅(qū)動(dòng)支架上，水平軸固定梳齒電極固定于襯底上；所述的水平軸感應(yīng)結(jié)構(gòu)由水平軸質(zhì)量塊和下極板組成，所述的水平軸質(zhì)量塊懸浮于襯底之上，并且通過臍帶與z軸分結(jié)構(gòu)相連，所述的下極板位于水平軸質(zhì)量塊下方并且與水平軸質(zhì)量塊平行設(shè)置，所述的下極板也固定在襯底上；所述的水平軸彈性結(jié)構(gòu)包括水平軸外側(cè)彈簧機(jī)構(gòu)、水平軸內(nèi)側(cè)彈簧機(jī)構(gòu)、中心彈性鉸鏈以及兩個(gè)對(duì)稱分布的側(cè)翼彈性鉸鏈，所述的水平軸外側(cè)彈簧機(jī)構(gòu)共兩組，均位于所述水平軸驅(qū)動(dòng)支架的外側(cè)，水平軸外側(cè)彈簧機(jī)構(gòu)的一端連接在水平軸驅(qū)動(dòng)支架上，另一端通過錨點(diǎn)固定于襯底上，所述的水平軸內(nèi)側(cè)彈簧機(jī)構(gòu)的一端連接于水平軸質(zhì)量塊的內(nèi)側(cè)，另一端和所述的十字連接器相連，所述中心彈性鉸鏈和兩個(gè)對(duì)稱分布的側(cè)翼彈性鉸鏈的兩端分別與水平軸質(zhì)量塊和水平軸驅(qū)動(dòng)支架相連，所述的十字連接器包括十字連接梁和十字連接彈簧，所述的十字連接梁懸浮在襯底上，該十字連接梁與四組水平軸分結(jié)構(gòu)的水平軸內(nèi)側(cè)彈簧機(jī)構(gòu)連接，十字連接彈簧位于十字連接梁的中心，所述十字連接彈簧在x軸方向上與十字連接梁固定連接，在y軸方向上通過四個(gè)錨點(diǎn)固定在襯底上。