[發明專利]一種新型微機械陀螺儀正交誤差補償結構

在審

• 申請號: 201611196564.2
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN106595712A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 王志;周駿;王龍峰;山永啟;雷龍海
• 申請（專利權）人: 四川納杰微電子技術有限公司
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 郭受剛

技術領域

本發明涉及微機械陀螺儀研究領域，具體地，涉及一種新型微機械陀螺儀正交誤差補償結構。

背景技術

微機械陀螺儀結構基于Coriolis力原理工作，外界角速度將驅動方向的能量耦合到檢測方向上引起檢測質量塊運動，從而實現角速度測量。但是，由于加工誤差的存在，導致驅動運動直接耦合到檢測方向上而不經過角速度的作用(如圖1、圖2所示)，因此產生的是誤差信號。該誤差信號的相位與驅動位移相同，與Coriolis信號相差90度，因此稱為正交誤差。為了提高微機械陀螺儀的精度，需要對正交誤差進行補償或抑制。

由于正交誤差與Coriolis信號相差90度，因此可以通過相敏解調來抑制正交誤差，但是實際中由于解調信號與正交誤差之間的相位不可能剛好相差90度，導致部分正交誤差殘留，且從電路上實現精確的相位控制會付出非常大的代價。

電荷注入是補償正交誤差的另一種方法，該方法通過解調出正交誤差信號，再將該信號反饋回檢測前端運放，從而實現正交誤差補償。該方法的缺點同上，由于解調相位的偏差導致部分正交誤差殘留。

另一種補償正交誤差的方法是，在驅動或檢測質量塊上增加施力電極，在施力電極上加載與正交誤差運動反相的交流電壓，產生交變力，從而使正交誤差運動被抵消掉。該方法從根源上消除了正交誤差，但是施力電極上加載電壓的相位的精確控制決定了該方法的效果，這種方法實現非常困難。

另外，現有的結構在解決陀螺儀正交誤差補償時會產生力矩，導致不良影響。

綜上所述，本申請發明人在實現本申請發明技術方案的過程中，發現上述技術至少存在如下技術問題：

在現有技術中，現有的微機械陀螺儀正交誤差補償存在成本較高，或難于實現，或具有正交誤差殘留，或產生力矩，導致不良影響的技術問題。

發明內容

本發明提供了一種新型微機械陀螺儀正交誤差補償結構，解決了現有的微機械陀螺儀正交誤差補償存在成本較高，或難于實現，或具有正交誤差殘留，或產生力矩，導致不良影響的技術問題，實現了結構設計合理，簡單的實現了補償正交誤差，并且降低了力矩，避免產生不良影響的技術效果。

為解決上述技術問題，本申請提供了一種新型微機械陀螺儀正交誤差補償結構，補償結構位于質量塊(7)內部空腔中，所述補償結構(1)包括：

動齒(2)、動齒(4)、動齒(5)、動齒(7)、定齒(3)、定齒(6)、連接件(10)；動齒(2)位于動齒(4)上方，動齒(2)的一端和動齒(4)的一端均與質量塊(8)的左側內壁連接，定齒(3)一端與連接件(10)連接，定齒(3)另一端延伸至動齒(2)與動齒(4)之間；動齒(5)位于動齒(7)上方，動齒(5)的一端和動齒(7)的一端均與質量塊(8)的右側內壁連接，定齒(6)一端與連接件(10)連接，定齒(6)另一端延伸至動齒(5)與動齒(7)之間；其中，電氣上，動齒(2)、動齒(4)、動齒(5)、動齒(7)與質量塊(8)具有相同電位，定齒(3)、定齒(6)與連接件(10)具有相同電位，動齒(2)、動齒(4)、動齒(5)、動齒(7)、質量塊(8)與定齒(3)、定齒(6)、連接件(10)之間具有一電壓V_DC，該電壓可通過外部電路加載并可調整其大小。

其中，本發明提出了一種補償微機械陀螺儀正交誤差的結構，該結構產生的補償靜電力與正交誤差自動保持同步，沒有相位控制的問題，該結構只需調整一個直流電壓的大小就可以實現對不同大小正交誤差的補償，控制簡單，大大降低了后續信號處理的復雜度，并且方便了器件的校準，有利于提高器件良品率，降低生產成本。

并且，補償結構(1)位于質量塊(7)內部空腔中，補償梳齒電極分布在質量塊外側的設計會產生較大的力矩，導致不良影響，而本申請中的梳齒結構位于質量塊內，產生的力矩較小，降低了力矩的影響，避免產生不良影響。

進一步的，該結構可由摻雜的單晶硅、多晶硅、金屬等微機械加工材料加工而成，補償結構(1)為導體，且連接件(10)固定在襯底上。

進一步的，動齒(2)與定齒(3)之間的間距、動齒(4)和定齒(3)之間的間距、動齒(5)與定齒(6)之間的間距、動齒(7)和定齒(6)之間的間距均相等，此設計可增加微結構的匹配性，減小工藝誤差的影響。