[發明專利]MEMS陀螺儀

在審

• 申請號: 202110209746.3
• 申請日: 2021-02-25
• 公開（公告）號: CN112857350A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 李楊;楊珊;闞梟;占瞻;馬昭;譚秋喻;黎家健;洪燕
• 申請（專利權）人: 瑞聲科技（南京）有限公司;深圳導遠科技有限公司
• 主分類號: G01C19/56
• 分類號: G01C19/56
• 代理公司: 深圳中細軟知識產權代理有限公司 44528
• 代理人: 袁文英

本發明提供了一種MEMS陀螺儀，包括內質量環、外質量環、錨點結構、換能器和內外耦合梁，所述內質量環包括4N個呈圓周陣列分布的內質量塊和連接在相鄰兩個所述內質量塊之間的內質量耦合梁，其中，N為整數，且N≥2；所述外質量環同軸設置在所述內質量環的外側，所述外質量環包括分別與4N個內質量塊位于同一徑向的外質量塊和連接在相鄰兩個外質量塊之間的外質量耦合梁；所述內外耦合梁連接在相鄰的所述外質量塊與所述內質量塊之間，能夠傳遞相鄰的所述內質量塊與所述外質量塊之間的徑向力。本發明的MEMS陀螺儀具有較大有效質量，提高了分辨率，驅動/檢測模態頻率相差較小。

【技術領域】

本發明涉及陀螺儀技術領域，具體涉及一種MEMS陀螺儀。

【背景技術】

陀螺儀也稱角速度傳感器，是用來測量物體旋轉快慢的傳感器，被廣泛應用于便攜電子設備、衛星導航、航空航天等各個領域。

MEMS陀螺儀是應用微機械加工技術與微電子工藝制作的一種微型角速度傳感器。MEMS環形陀螺儀和MEMS音叉式陀螺儀是振動式MEMS陀螺儀中的典型代表。MEMS環形陀螺儀對稱性好，驅動/檢測模態頻率差小，但有效質量低，對加工誤差敏感；MEMS音叉式陀螺儀靈敏度高，但是驅動/檢測模態頻率差大。因此，有必要提供一種有效質量大、模態頻率差小的陀螺儀。

【發明內容】

本發明的目的在于提供一種MEMS陀螺儀，增大有效質量，減小驅動/檢測模態頻率差，達到高分辨率和高角速度增益的效果。

本發明的技術方案如下：

一種MEMS陀螺儀，包括

內質量環，所述內質量環包括4N個呈圓周陣列分布的內質量塊和連接在相鄰兩個所述內質量塊之間的內質量耦合梁，所述內質量耦合梁能夠傳遞相鄰兩個所述內質量塊之間的周向力，其中，N為整數，且N≥2；

外質量環，所述外質量環同軸設置在所述內質量環的外側，所述外質量環包括分別與4N個所述內質量塊位于同一徑向的外質量塊和連接在相鄰兩個所述外質量塊之間的外質量耦合梁，所述外質量耦合梁能夠傳遞相鄰兩個所述外質量塊之間的周向力；

錨點結構，所述內質量環和所述外質量環均連接于所述錨點結構；

換能器，所述換能器呈圓周陣列分布，實現結構平面內的機械場與電場的耦合；

內外耦合梁，所述內外耦合梁連接在相鄰的所述外質量塊與所述內質量塊之間，能夠傳遞相鄰的所述內質量塊與所述外質量塊之間的徑向力；

所述MEMS陀螺儀能夠工作在第一模態和第二模態，所述第一模態和所述第二模態中，同一徑向的所述內質量塊和所述外質量塊均呈現反相振型。

在所述MEMS陀螺儀的一些實施例中，所述第一模態和第二模態中，所述內質量塊和所述外質量塊呈面內類2θ振型或面內類3θ振型。

在所述MEMS陀螺儀的一些實施例中，所述內外耦合梁具有用于連接所述外質量塊與所述內質量塊的連接部，所述內外耦合梁為軸對稱結構，所述連接部位于所述內外耦合梁的對稱軸上。

在所述MEMS陀螺儀的一些實施例中，所述內外耦合梁包括對稱設置的兩折疊梁，所述折疊梁包括沿徑向設置的第一段、連接在所述第一段兩端并沿周向延伸的第二段以及連接在所述第二段遠離所述第一段并沿徑向延伸的連接部，兩所述連接部遠離所述第二段的一端分別與所述內質量塊和所述外質量塊連接。

在所述MEMS陀螺儀的一些實施例中，所述錨點結構包括中間錨點以及形成在所述中間錨點上的兩彈性件，所述中間錨點位于相鄰的所述內質量塊與所述外質量塊之間，所述中間錨點分別通過兩所述彈性件與相鄰的所述內質量塊和所述外質量塊連接。

在所述MEMS陀螺儀的一些實施例中，相鄰的所述內質量塊與所述外質量塊之間的中間錨點有兩個，兩所述中間錨點沿周向間隔設置。