[發明專利]一種石英微振動陀螺

有效

• 申請號: 201710897941.3
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107702704B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 林丙濤;朱振忠;梅松;江黎;王賓
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十六研究所
• 主分類號: G01C19/5684
• 分類號: G01C19/5684
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

本發明公開了一種石英微振動陀螺，包括驅動梁和對應的檢測梁，所述驅動梁和檢測梁均為相同的四根，四根檢測梁一端按90°間隔等分固接于固定塊四個方向，四根驅動梁的中部分別固定于檢測梁的另一端并與對應的檢測梁垂直；四根驅動梁、四根檢測梁及固定塊位于同一平面；第一檢測梁和第二檢測梁位于同一直線上，第三檢測梁和第四檢測梁位于同一直線上。本發明陀螺結構靈敏度高，體積小，且檢測模態和振動模態對固定塊的力和力矩相互抵消，在芯片安裝到外殼時，無需設置專用的隔離振動結構，降低了封裝工藝的復雜度，成本更低。

技術領域

本發明涉及角速度檢測技術，具體涉及一種石英微振動陀螺，屬于慣性傳感技術領域。

背景技術

陀螺為慣性傳感器的一種，具有軍民兩用性。基于MEMS（微電子機械系統）工藝制作的微機械陀螺多為振動陀螺，具有體積小、成本低、可靠性高和適合大批量生產等獨特優勢，特別適合于對精度要求不高但對價格、體積和功耗要求嚴格的領域。硅微機械陀螺和石英微機械陀螺是最為常見也是國際上研究最為熱點的兩類微型陀螺，二者各具特色，在軍民領域并行發展。

音叉結構是較為常用的一種石英微機械陀螺芯片結構，有單端音叉和雙端音叉兩種。單端音叉芯片結構簡單易于微型化，但由于驅動電極和檢測電極的面積較小，靈敏度較低。雙端音叉芯片的驅動電極和檢測電極的面積大，靈敏度高，但由于驅動音叉和檢測音叉相對分開設置，體積較大，不利于芯片的微型化。

針對于此，日本的EPSON公司在專利文獻US 20080314145A1中提出了一種雙T形狀的陀螺芯片結構，具有芯片靈敏度高以及體積微型化的雙重優點。但該芯片的檢測模態產生一個對固定位置的力矩，在芯片安裝到外殼時，需要設置專用的微細支撐金屬梁隔離檢測模態的振動，增加了封裝工藝的復雜度和成本。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種微型、靈敏度高且檢測模態下不會產生對固定位置力矩的石英微振動陀螺。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種石英微振動陀螺，包括驅動梁和對應的檢測梁，所述驅動梁和檢測梁均為相同的四根，分別為第一驅動梁、第二驅動梁、第三驅動梁、第四驅動梁、第一檢測梁、第二檢測梁、第三檢測梁和第四檢測梁，四根檢測梁一端按90°間隔等分固接于固定塊四個方向，四根驅動梁的中部分別固定于檢測梁的另一端并與對應的檢測梁垂直；四根驅動梁、四根檢測梁及固定塊位于同一平面；其中，第一驅動梁與第一檢測梁對應，第二驅動梁與第二檢測梁對應，第三驅動梁與第三檢測梁對應，第四驅動梁與第四檢測梁對應；第一檢測梁和第二檢測梁位于同一直線上，第三檢測梁和第四檢測梁位于同一直線上。

所述第一驅動梁、第二驅動梁、第三驅動梁、第四驅動梁在逆壓電力驅動下作彎曲振動，第一驅動梁、第二驅動梁組成一對驅動梁沿Y向作相反振動，第三驅動梁、第四驅動梁作為第二對驅動梁沿X向作相反振動，其中一對驅動梁朝向固定塊振動的同時另外一對驅動梁背向固定塊振動。

有Z軸向角速度輸入時，第一驅動梁與第二驅動梁產生X軸向哥式力并激勵兩個驅動梁作X軸向平面內振動，進而帶動第一檢測梁與第二檢測梁的X軸向平面內彎曲振動；第三驅動梁與第四驅動梁產生Y軸向哥式力并激勵兩個驅動梁作Y軸向平面內振動，進而帶動第三檢測梁與第四檢測梁的Y軸向平面內彎曲振動，第一檢測梁、第二檢測梁、第三檢測梁、第四檢測梁表面設置有電極，用于收集平面內振動所引起的四個檢測梁表面的壓電電荷。

進一步，本發明石英微振動陀螺在同一基材上加工形成，即構成微振動陀螺的第一驅動梁、第二驅動梁、第三驅動梁、第四驅動梁，及第一檢測梁、第二檢測梁、第三檢測梁、第四檢測梁和固定塊在同一塊基材上一體制作而成，為整體式。所述石英微振動陀螺制作基材為具有壓電效應的石英晶體。

相比現有技術，本發明具有如下有益效果：