[發明專利]四質量雙解耦陀螺儀

在審

• 申請號: 201711262706.5
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN108061546A
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發明（設計）人: 梁冰
• 申請（專利權）人: 成都振芯科技股份有限公司
• 主分類號: G01C19/5712
• 分類號: G01C19/5712;G01C19/5656
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發明公開了一種四質量雙解耦陀螺儀，可以同時實現雙解耦結構的正交誤差抑制能力和多質量塊耦合的降低驅動電壓、增大驅動位移以及高共模抑制能力的優點，從而提高了器件的性能。

技術領域

本發明涉及一種微機電陀螺儀，特別是具有雙解耦結構的四質量微機電陀螺儀。

背景技術

隨著微機械技術的發展，近年來已經有越來越多的MEMS器件實現了商用甚至軍用。其中，MEMS陀螺儀在汽車電子、慣性導航和便攜電子設備中取得了很大的成功。

MEMS陀螺儀通過科氏力效應實現角速度測量。它將質量塊的運動與外加角速度聯系在一起，并且使用一定的位移檢測機構實現對角速度的檢測，通常為電容、壓阻和壓電等。

MEMS陀螺儀通常包含驅動質量、檢測質量及相應的驅動和檢測裝置。為了實現對于共模干擾（比如振動、加速度和機械沖擊）的抑制，MEMS陀螺儀通常有偶數個驅動和檢測質量塊，并且通常呈對稱結構。其中，相鄰的質量塊運動方向都相反，從而實現差分效果，并且四質量塊結構對于各種共模機械干擾有更好的抑制效果。

另外一項抑制共模干擾的方式就是將檢測質量塊通過彈簧耦合在一起，這樣就可以在不同檢測質量塊的參數（主要是彈性系數）出現失配的情況下大幅度降低它們檢測位移的失配。

傳統的單質量結構可以通過連接偶數個單元提高共模抑制能力，但是由于質量塊在驅動和檢測方向都可以運動，因此這種結構的正交誤差非常大。框架結構可以實現驅動或檢測模態的解耦，但是它通常只能實現驅動或檢測質量的耦合，這會降低共模抑制能力或驅動位移。雙解耦結構可以實現兩個模態的解耦，但是通常在平面工藝內無法實現多質量塊耦合，因此共模抑制能力比較低。

本發明的目的是通過四質量的雙解耦結構實現非解耦結構和解耦結構共同的優點，從而提高共模抑制能力并降低正交誤差，改善傳感器的性能。

發明內容

針對背景技術中傳統雙解耦結構微機械陀螺儀無法實現多質量塊耦合，因而共模抑制能力較弱的缺點，本發明提出一種四質量雙解耦陀螺儀，其特征在于,所述四質量雙解耦陀螺儀可以劃分為完全對稱的四個部分，每個部分包括驅動質量、驅動彈簧、驅動解耦彈簧、驅動和驅動檢測電極、敏感質量、檢測質量、檢測彈簧、檢測解耦彈簧、檢測電極和耦合彈簧，工作過程中，在所述敏感質量上和所述驅動質量上施加相反的驅動電壓使它們產生差分運動。

進一步地，所述驅動解耦彈簧用于限制所述驅動質量不能在檢測方向上運動，所述檢測解耦彈簧用于限制所述檢測質量不能在驅動方向上運動。

進一步地，驅動電極采用差分方式排布，在施加電壓時會使陀螺儀工作在驅動模態下。

進一步地，所述驅動方向的彈簧包括所述驅動彈簧、所述檢測解耦彈簧和所述耦合彈簧，所述驅動模態的質量是所述驅動質量加所述敏感質量。

進一步地，所述驅動和驅動檢測電極采用梳齒電容，運動方向與梳齒長度方向相同，解決了電容非線性的問題。

進一步地，所述檢測電極采取平板電容，運動方向與梳齒長度方向相互垂直，可以提高電容變化量，降低驅動電壓和梳齒面積。

進一步地，所述檢測方向的彈簧包括所述檢測彈簧、所述驅動解耦彈簧和所述耦合彈簧，檢測模態的質量是所述敏感質量和所述檢測質量。

進一步地，所述耦合彈簧由第一折疊梁、第二折疊梁、連桿、絞支點和錨點構成。

進一步地，配置耦合彈簧用于兩個敏感質量之間的耦合，當相鄰兩個敏感質量之間相互垂直運動時，主要由所述第二折疊梁發生形變，當兩個敏感質量之間水平運動時，陀螺儀的自由度主要通過兩側耦合彈簧的所述絞支點和所述連桿實現。

進一步地，配置耦合彈簧用于敏感質量與固定端之間的連接，當相鄰兩個敏感質量之間相互垂直運動時，所述第一折疊梁與所述第二折疊梁一同產生形變。