本發(fā)明涉及mems振動陀螺，尤其涉及一種具有多功能電極的mems環(huán)形陀螺諧振子結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、mems振動陀螺是一種基于哥氏效應(yīng)的角速度傳感器，具有體積小、可靠性高、質(zhì)量輕、功耗低、價(jià)格低以及可批量化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在航空航天、工業(yè)、汽車電子以及消費(fèi)電子等領(lǐng)域，市場前景廣闊。mems環(huán)形振動陀螺具有全對稱結(jié)構(gòu)特征，工作在n＝2的簡并模態(tài)，驅(qū)動和檢測模態(tài)相同，q值高、靈敏度高、噪聲小，具有良好的抗沖擊性能、溫度特性以及加工魯棒性，成為高性能mems振動陀螺的主要技術(shù)方向。mems環(huán)形陀螺主要采用靜電激勵(lì)、電容檢測工作模式，采用高深寬比的體微加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)低噪聲、高靈敏度、高穩(wěn)定性，但陀螺結(jié)構(gòu)加工過程中存在工藝誤差，會導(dǎo)致很大的正交誤差及頻率裂解，這是引起陀螺儀性能下降的主要因素。此外，目前mems環(huán)形陀螺用于激勵(lì)和檢測諧振子振動的電極多分布于振動結(jié)構(gòu)的單側(cè)，或未對其進(jìn)行隔離分區(qū)，從而導(dǎo)致各電極之間的干擾，特別是陀螺激勵(lì)信號對檢測信號的干擾，導(dǎo)致陀螺零偏誤差，降低了陀螺零偏穩(wěn)定性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對現(xiàn)有mems環(huán)形振動陀螺儀動態(tài)范圍小、零偏誤差大、穩(wěn)定性差、抗干擾能力弱的問題。本發(fā)明從mems環(huán)形陀螺的機(jī)理出發(fā)提出一種具有多功能電極的mems環(huán)形陀螺諧振子結(jié)構(gòu)。

2、一種具有多功能電極的mems環(huán)形陀螺諧振子結(jié)構(gòu)，包括以下結(jié)構(gòu)：

3、基底、環(huán)形諧振子、若干檢測端檢測電極、若干正交控制電極和若干驅(qū)動端檢測電極；所述環(huán)形諧振子中心鍵合在所述基底上，所述檢測端檢測電極和所述驅(qū)動端檢測電極之間設(shè)置有所述正交控制電極，所述檢測端檢測電極、所述驅(qū)動端檢測電極和所述正交控制電極環(huán)繞于所述環(huán)形諧振子外部；所述檢測端檢測電極和所述驅(qū)動端檢測電極與所述正交控制電極之間有長方形徑向縫隙；所述檢測端檢測電極、所述驅(qū)動端檢測電極和所述正交控制電極與所述環(huán)形諧振子之間有第一縫隙。

4、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述環(huán)形諧振子包括：振動圓環(huán)、中心錨點(diǎn)、若干花瓣形彈性支撐梁、若干環(huán)繞接地電極、若干驅(qū)動與調(diào)頻電極和若干力平衡與調(diào)頻電極；

5、所述花瓣?duì)顝椥灾瘟旱囊欢撕退鲋行腻^點(diǎn)連接，所述花瓣形彈性支撐梁的另一端和所述振動圓環(huán)連接，所述若干花瓣形彈性支撐梁環(huán)繞所述中心錨點(diǎn)放射狀連接，相鄰兩個(gè)花瓣形彈性支撐梁的軸線夾角為45度；

6、所述環(huán)繞接地電極設(shè)置于任意相鄰兩個(gè)所述花瓣形彈性支撐梁之間，和所述花瓣形彈性支撐梁、中心錨點(diǎn)和所述振動圓環(huán)之間有寬度相同的第二縫隙；所述驅(qū)動與調(diào)頻電極和所述驅(qū)動端檢測電極交叉設(shè)置于所述環(huán)繞接地電極和所述振動圓環(huán)之間，所述驅(qū)動與調(diào)頻電極與所述環(huán)繞接地電極之間有第一弧形縫隙，所述力平衡與調(diào)頻電極與所述環(huán)繞接地電極之間有第二弧形縫隙。

7、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述花瓣形彈性支撐梁包括：第一片狀支撐懸梁、第二片狀支撐懸梁、第一弧形彈性支撐懸梁、第二弧形彈性支撐懸梁、第三片狀支撐懸梁和第四片狀支撐懸梁構(gòu)成；

8、所述花瓣形彈性支撐梁為軸對稱結(jié)構(gòu)，對稱軸的一側(cè)包括：所述第一片狀支撐懸梁、所述第一弧形彈性支撐懸梁和所述第三片狀支撐懸梁；對稱軸的另一側(cè)包括：所述第二片狀支撐懸梁、所述第二弧形彈性支撐懸梁和所述第四片狀支撐懸梁；

9、所述第一片狀支撐懸梁和所述第二片狀支撐懸梁的一端與所述中心錨點(diǎn)的外側(cè)面固定連接，所述第一片狀支撐懸梁的另一端與所述第一弧形彈性支撐懸梁的一端連接，所述第二片狀支撐懸梁的另一端與所述第二弧形彈性支撐懸梁的一端連接；所述第一弧形彈性支撐懸梁的另一端與所述第三片狀支撐懸梁的一端連接，所述第二弧形彈性支撐懸梁的另一端與所述第四片狀支撐懸梁的一端連接；所述第三片狀支撐懸梁和所述第四片狀支撐懸梁的另一端與所述振動圓環(huán)連接。

10、在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括：

11、所述長方形徑向縫隙寬度的設(shè)置為5～20μm。

12、在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括：

13、所述第二縫隙、所述第一弧形縫隙和所述第二弧形縫隙的寬度相同，寬度設(shè)置為5～20μm。

14、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果在于：本發(fā)明弧形彈性支撐懸梁以及其與片狀支撐懸梁連接處的圓弧設(shè)計(jì)，可以有效避免應(yīng)力集中，降低殘余應(yīng)力的影響。第三片狀支撐懸梁與第四片狀支撐懸梁尾端分別與環(huán)形諧振子的內(nèi)側(cè)面固定。實(shí)現(xiàn)了多個(gè)電極的合理布局及各電極的隔離：驅(qū)動、檢測電極分區(qū)排布、交流、直流信號交錯(cuò)排列，提高了陀螺穩(wěn)定性，消除了正交誤差對陀螺儀的影響，使陀螺機(jī)械靈敏度與信噪比大幅提升的同時(shí)具備大帶寬、低非線性等動態(tài)特性。

技術(shù)特征：

1.一種具有多功能電極的mems環(huán)形陀螺諧振子結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：基底、環(huán)形諧振子、若干檢測端檢測電極、若干正交控制電極和若干驅(qū)動端檢測電極；所述環(huán)形諧振子中心鍵合在所述基底上，所述檢測端檢測電極和所述驅(qū)動端檢測電極之間設(shè)置有所述正交控制電極，所述檢測端檢測電極、所述驅(qū)動端檢測電極和所述正交控制電極環(huán)繞于所述環(huán)形諧振子外部；所述檢測端檢測電極和所述驅(qū)動端檢測電極與所述正交控制電極之間有長方形徑向縫隙；所述檢測端檢測電極、所述驅(qū)動端檢測電極和所述正交控制電極與所述環(huán)形諧振子之間有第一縫隙。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有多功能電極的mems環(huán)形陀螺諧振子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述環(huán)形諧振子包括：振動圓環(huán)、中心錨點(diǎn)、若干花瓣形彈性支撐梁、若干環(huán)繞接地電極、若干驅(qū)動與調(diào)頻電極和若干力平衡與調(diào)頻電極；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種具有多功能電極的mems環(huán)形陀螺諧振子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述花瓣形彈性支撐梁包括：第一片狀支撐懸梁、第二片狀支撐懸梁、第一弧形彈性支撐懸梁、第二弧形彈性支撐懸梁、第三片狀支撐懸梁和第四片狀支撐懸梁；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有多功能電極的mems環(huán)形陀螺諧振子結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種具有多功能電極的mems環(huán)形陀螺諧振子結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種具有多功能電極的MEMS環(huán)形陀螺諧振子結(jié)構(gòu)，包括：基底、環(huán)形諧振子、若干檢測端檢測電極、若干正交控制電極和若干驅(qū)動端檢測電極；環(huán)形諧振子中心鍵合在所述基底上，檢測端檢測電極和所述驅(qū)動端檢測電極之間設(shè)置有正交控制電極，檢測端檢測電極、驅(qū)動端檢測電極和正交控制電極環(huán)繞于環(huán)形諧振子外部；檢測端檢測電極和驅(qū)動端檢測電極與正交控制電極之間有長方形徑向縫隙；檢測端檢測電極、驅(qū)動端檢測電極和正交控制電極與環(huán)形諧振子之間有第一縫隙。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了多個(gè)電極的合理布局及各電極的隔離，提高了陀螺穩(wěn)定性，消除了正交誤差對陀螺儀的影響，使陀螺機(jī)械靈敏度與信噪比大幅提升的同時(shí)具備大帶寬、低非線性等動態(tài)特性。

技術(shù)研發(fā)人員：林日樂,詹傳康,熊珠珠,許圖,肖凌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶天箭慣性科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10