[發明專利]一種三軸陀螺儀

在審

• 申請號: 202110565198.8
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113203405A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 凌方舟;丁希聰;蔣樂躍;劉堯
• 申請（專利權）人: 美新半導體（天津）有限公司
• 主分類號: G01C19/5691
• 分類號: G01C19/5691
• 代理公司: 蘇州簡理知識產權代理有限公司 32371
• 代理人: 龐聰雅

本發明提供一種三軸陀螺儀，其包括：第一驅動框架，其能夠沿X軸進行諧振運動；第二驅動框架，其與第一驅動框架平行且間隔預定距離，其能夠沿X軸進行與第一驅動框架反向的諧振運動；耦接于第一驅動框架和第二驅動框架之間的X/Y陀螺結構；耦接于第一驅動框架和第二驅動框架之間且位于所述X/Y陀螺結構一側的Z陀螺結構；其中，所述X/Y陀螺結構與所述Z陀螺結構相互獨立，所述X/Y陀螺結構和Z陀螺結構均是由所述第一驅動框架和第二驅動框架共同驅動。所述三軸陀螺儀結構整體合理緊湊，集成度高，還可以減小正交誤差，提高檢測精度。

【技術領域】

本發明涉及微機械系統技術領域，尤其涉及一種三軸陀螺儀。

【背景技術】

陀螺是用于測量角速率的傳感器，是慣性技術的核心器件之一，在現代工業控制、航空航天、國防軍事及消費電子等領域發揮著重要作用。

陀螺的發展大致可分為三個階段：

第一階段是傳統的機械轉子陀螺，它精度很高，在核潛艇、洲際戰略導彈等軍用戰略武器上發揮著不可替代的作用，但它的體積較大、制造過程復雜、價格昂貴、周期長且不適合批量化生產；第二階段是光學檢測陀螺，主要包括激光陀螺和光纖陀螺，主要利用薩格納克效應，其優點是無旋轉部件、精度較高，在航海和航空航天方面發揮著重要作用，但仍面臨著體積較大、成本較高、不易集成的問題；第三階段是微機械陀螺，發展于20世紀90年代，其研究起步較晚，但憑借著體積小、功耗小、重量輕、可批量生產、價格低、抗過載能力強和可集成的獨特優點發展迅速，適用于飛機導航、汽車制造、數碼電子、工業器械等民用領域和無人機、戰術導彈、智能炸彈、軍用瞄準系統等現代國防軍事領域，其具有廣泛的應用前景，越來越受到人們的關注。

隨著消費市場的需求量增大，對MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)陀螺儀的尺寸、性能有了更高的要求，陀螺儀也從單軸陀螺儀變為三軸陀螺儀，早期的三軸陀螺儀由三個獨立的單軸陀螺儀組成，需要包含單獨的驅動結構，故整體結構尺寸大。現消費級應用中，一般為單片三軸陀螺儀，特點是驅動共享，并對X/Y/Z陀螺質量塊進行合理布局，盡管如此三軸陀螺儀同樣面臨著尺寸較大，集成度不高，正交誤差大的問題。

參見中國發明專利CN108225295A，其公開了一種音叉驅動效應的三軸陀螺儀，該專利公開的三軸陀螺結構巧妙的設計了轉向結構，左右質量塊用于檢測Y/Z軸角速率，中心質量塊用于檢測X軸角速率，但明顯其集成度不高，且Y/Z質量塊共用質量塊容易產生耦合；繼續參見中國發明專利CN110926445A，其公開了一種三軸MEMS陀螺儀，該專利所公開的微陀螺結構為共享驅動，其創新點在于X/Y陀螺儀結構設計新穎，且X/Y軸陀螺儀相互作用且設置在驅動框架中間位置，并通過中心錨點支撐，Z軸陀螺儀分布在X/Y陀螺儀兩側，并連接著中間的陀螺儀結構。其整體結構設計新穎合理，集成度高，但其Z軸陀螺儀沒有直接解耦，可能會面臨著靈敏度低，正交誤差大的問題。

因此，亟需提出一種新的技術方案來解決現有技術中三軸陀螺儀集成度低、正交誤差大的問題。

【發明內容】

本發明的目的之一在于提供一種三軸陀螺儀，其具有集成度高、正交誤差小的優點。

根據本發明的一個方面，本發明提供一種三軸陀螺儀，其包括：第一驅動框架，其能夠沿X軸進行諧振運動；第二驅動框架，其與第一驅動框架平行且間隔預定距離，其能夠沿X軸進行與第一驅動框架反向的諧振運動；連接于第一驅動框架和第二驅動框架之間的X/Y陀螺結構；連接于第一驅動框架和第二驅動框架之間且位于所述X/Y陀螺結構一側的Z陀螺結構；其中，所述X/Y陀螺結構與所述Z陀螺結構相互獨立，所述X/Y陀螺結構和Z陀螺結構均是由所述第一驅動框架和第二驅動框架共同驅動。