[實用新型]三軸MEMS陀螺儀

有效

• 申請號: 202021361392.1
• 申請日: 2020-07-13
• 公開（公告）號: CN212320730U
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 蘇巖
• 申請（專利權）人: 蘇州感測通信息科技有限公司
• 主分類號: G01C19/5656
• 分類號: G01C19/5656
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 姚姣陽

本實用新型揭示了一種三軸MEMS陀螺儀，結構包括基底以及四個質量塊，四個質量塊以中心對稱的方式懸浮設置于基底上，還包括用于實現基底與質量塊二者間連接的錨點結構、用于使質量塊可沿正交方向振動的解耦連接梁結構以及用于實現角速度檢測的梳齒結構；每塊質量塊均通過錨點結構懸掛于基底上，四塊質量塊之間通過解耦連接梁結構實現連接，梳齒結構布置于質量塊內。本實用新型采用了一種對稱式的四質量結構，其振動模態結合了音叉陀螺儀的高靈敏度和對稱結構帶來的小頻差，兼具檢測靈敏度高及角度增益大的優點。

技術領域

本實用新型涉及一種陀螺儀設備，尤其涉及一種基于扭轉振動模態檢測中三軸角速度輸入的三軸MEMS陀螺儀，屬于微機電系統技術領域。

背景技術

MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)陀螺儀是微機電系統中一種常見的用于測量角速度的慣性元件，一般而言，這類陀螺儀的基本工作原理依賴于敏感質量的振動在角速度輸入時所產生的正弦科氏力。

在常見的MEMS陀螺儀結構中，敏感質量由柔性梁系統懸掛在基底上方，使敏感質量在兩個正交方向（驅動方向和檢測方向）上自由振蕩。整個動力系統可以簡化為多個自由度的質量彈簧阻尼器系統，其中由旋轉角速度引起的科氏力會將能量從驅動模態傳遞到對應的檢測模態中，這個能量與輸入的角速度成正比。

對于大多數微機械振動速率陀螺儀而言，敏感質量在驅動方向被外部正弦靜電力或電磁力驅動進入共振，當陀螺儀旋轉時，驅動頻率處的正弦科氏力在與驅動振動速度和角速度軸正交的方向上被引發，具體的，科氏力的表達式為。

盡管目前，現有技術中已有的諸多MEMS陀螺儀能夠實現模態檢測的功能，但是在其實際應用時，仍然存在著諸如結構復雜、易損，生產成本高，靈敏度和精度較差等各方面的問題。

綜上所述，鑒于當前市場對于陀螺儀功能方面的需求以及一些技術層面的共性問題，如何提出一種結構簡單緊湊、低成本、靈敏度高的三軸MEMS陀螺儀，從而顯著提升陀螺儀的使用效果，就成為了本領域內技術人員所亟待解決的問題。

發明內容

鑒于現有技術存在上述缺陷，本實用新型的目的是提出一種基于扭轉振動模態檢測中三軸角速度輸入的三軸MEMS陀螺儀，具體如下。

一種三軸MEMS陀螺儀，包括基底以及四個質量塊，四個所述質量塊以中心對稱的方式懸浮設置于所述基底上，還包括用于實現所述基底與所述質量塊二者間連接的錨點結構、用于使所述質量塊可沿正交方向振動的解耦連接梁結構以及用于實現角速度檢測的梳齒結構；

每塊所述質量塊均通過所述錨點結構懸掛于所述基底上，四塊所述質量塊之間通過所述解耦連接梁結構實現連接，所述梳齒結構布置于所述質量塊內。

優選地，所述基底呈正方形，以所述基底的中心點為原點建立包含有X軸、Y軸、Z軸的三維空間坐標系，所述X軸、所述Y軸均與所述基底的端面相平行，所述Z軸與所述基底的端面相垂直；

四個所述質量塊兩兩為一組、兩組所述質量塊分別關于所述X軸與所述Y軸對稱設置，四個所述質量塊整體關于所述原點呈中心對稱。

優選地，四個所述質量塊的形狀一致、均呈等腰梯形，每個所述質量塊均包含兩個等長的斜邊、一個短邊及一個長邊，四個所述質量塊的短邊均貼近所述基底的中心點、四個所述質量塊的長邊均遠離所述基底的中心點。

優選地，所述錨點結構包括四個設置于所述基底內部中心位置的內錨點以及八個設置于所述基底周圈邊緣位置的外錨點；

四個所述內錨點整體關于所述原點呈中心對稱，每個所述內錨點與相鄰的一個所述內錨點二者關于所述X軸或所述Y軸對稱；

八個所述外錨點整體關于所述原點呈中心對稱，八個所述外錨點兩兩為一組、每組所述外錨點分別設置于所述基底上一條邊的邊緣位置處，每組內的兩個所述外錨點二者關于所述X軸或所述Y軸對稱。