一种解耦式微陀螺制造技术

本实用新型专利技术公开了一种解耦式微陀螺，其包括：第一检测质量块；第二检测质量块，其中第一检测质量块和第二检测质量块在柯式力作用下会沿着相反的方向运动；连接于第一检测质量块和第二检测质量块之间的检测质量块解耦梁，其被配置的促使第一检测质量块和第二检测质量块保持相反方向的运动；在第一检测质量块相对于检测质量块解耦梁做远离运动时，所述检测质量块解耦梁在第一检测质量块的牵引下发生弹性形变，进而推动第二检测质量块相对于检测质量块解耦梁做远离运动。本实用新型专利技术所述的解耦式微陀螺实现了检测电容的差分放大，提高了该结构的灵敏度，抑制了微陀螺的机械耦合，提高了微陀螺的检测精度。了微陀螺的检测精度。了微陀螺的检测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种解耦式微陀螺


[0001]本技术涉及微机械系统
，尤其涉及一种具有高检测精度的解耦式微陀螺。

技术介绍

[0002]陀螺是用于测量角速率的传感器，是惯性技术的核心器件之一，在现代工业控制、航空航天、国防军事及消费电子等领域发挥着重要作用。
[0003]陀螺的发展大致可分为三个阶段：
[0004]第一阶段是传统的机械转子陀螺，它精度很高，在核潜艇、洲际战略导弹等军用战略武器上发挥着不可替代的作用，但它的体积较大、制造过程复杂、价格昂贵、周期长且不适合批量化生产；第二阶段是光学检测陀螺，主要包括激光陀螺和光纤陀螺，主要利用萨格纳克效应，其优点是无旋转部件、精度较高，在航海和航空航天方面发挥着重要作用，但仍面临着体积较大、成本较高、不易集成的问题；第三阶段是微机械陀螺，发展于20世纪90年代，其研究起步较晚，但凭借着体积小、功耗小、重量轻、可批量生产、价格低、抗过载能力强和可集成的独特优点发展迅速，适用于飞机导航、汽车制造、数码电子、工业器械等民用领域和无人机、战术导弹、智能炸弹、军用瞄准系统等现代国防军事领域，其具有广泛的应用前景，越来越受到人们的关注。
[0005]目前，微机械陀螺常用的驱动方式有压电式、电磁式、静电式等；检测方式有压阻式、压电式、共振隧穿式、电子隧道效应式、电容式等。
[0006]对于驱动方式，压电驱动具有精度高、误差小的优点，但其对陀螺结构设计要求高，不易加工制作；电磁驱动幅值大，但难以稳定控制；静电驱动虽驱动幅值小但具有稳定性好的优点。
[0007]对于检测方式，其中压阻效应检测，灵敏度较低，温度系数大，因而限制了检测精度的进一步提高；压电效应检测的灵敏度易漂移，需要经常校正，归零慢，不宜连续测试；共振隧穿效应的灵敏度较硅压阻效应高一个数量级，但检测灵敏度较低，存在的问题是偏置电压容易因陀螺驱动而漂移，导致陀螺不能稳定工作；电子隧道效应式器件制造工艺极其复杂，检测电路也相对较难实现，成品率低，难以正常工作，不利于集成，特别是很难控制隧道结隧尖和电极板之间的距离在纳米级，无法保障传感器正常工作。
[0008]而电容检测采用梳齿结构，位移分辨率较高，电容结构适用于MEMS 工艺加工，现如今静电驱动、电容检测仍为微陀螺加工的主流工艺。
[0009]然而现有加工技术中微陀螺的检测精度一直无法得到提高，究其原因主要有两点：其一是由于陀螺仪结构设计、加工工艺等误差，使得驱动模态和检测模态存在着较大的机械耦合，导致微陀螺输出信号中耦合有正交误差干扰信号；其二是由于陀螺仪无法避免外界线性加速度的影响，导致微陀螺输出信号中耦合有同频同向的干扰信号。
[0010]参见中国专利技术专利CN109737943A，其公开了一种高精度MEMS陀螺仪，该专利所公开的微陀螺结构为框架结构，且其创新点在于通过所述干扰模态隔离结构将质量块内框相
连，使得干扰模态远离工作模态，但同时该结构微陀螺驱动模态和检测模态存在较大的机械耦合，会带来很大的正交误差。继续参见中国专利技术专利CN108507555A，其公开了一种MEMS微机械全解耦闭环陀螺仪，该专利公开的微陀螺结构驱动沿X方向，检测沿Y方向，且考虑到了结构解耦，但其无法避免外界线性加速度的影响，此外，其也无法使微陀螺检测时共模干扰模态远离反向工作模态，这样最终会导致微陀螺输出信号受到影响，影响检测精度。
[0011]因此，亟需提出一种新的技术方案来解决现有技术中微陀螺的检测精度低的问题。

技术实现思路

[0012]本技术的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种具有高检测精度的解耦式微陀螺，采用的技术方案如下：
[0013]一种解耦式微陀螺，其包括：
[0014]第一检测质量块；
[0015]第二检测质量块，其中第一检测质量块和第二检测质量块在柯式力作用下会沿着相反的方向运动；
[0016]连接于第一检测质量块和第二检测质量块之间的检测质量块解耦梁，其被配置的促使第一检测质量块和第二检测质量块保持相反方向的运动。
[0017]上述技术方案进一步的，在第一检测质量块相对于检测质量块解耦梁做远离运动时，所述检测质量块解耦梁在第一检测质量块的牵引下发生弹性形变，进而推动第二检测质量块相对于检测质量块解耦梁做远离运动，第一检测质量块相对于检测质量块解耦梁做靠近运动时，所述检测质量块解耦梁在第一检测质量块的挤压下发生弹性形变，进而拉动第二检测质量块相对于检测质量块解耦梁做靠近运动。
[0018]进一步的，所述检测质量块解耦梁包括与第一检测质量块连接的第一结构部分以及与第二检测质量块连接的第二结构部分，
[0019]进一步的，在第一检测质量块相对于检测质量块解耦梁做远离运动时，所述检测质量块解耦梁的第一结构部分在第一检测质量块的牵引下发生弹性形变，所述检测质量块解耦梁的第一结构部分的弹性形变促使所述检测质量块解耦梁的第二结构部分也发生弹性形变，进而使得所述检测质量块解耦梁的第二结构部分推动第二检测质量块相对于检测质量块解耦梁做远离运动，
[0020]进一步的，第一检测质量块相对于检测质量块解耦梁做靠近运动时，所述检测质量块解耦梁的第一结构部分在第一检测质量块的挤压下发生弹性形变，所述检测质量块解耦梁的第一结构部分的弹性形变促使所述检测质量块解耦梁的第二结构部分也发生弹性形变，进而使得所述检测质量块解耦梁的第二结构部分拉动第二检测质量块相对于检测质量块解耦梁做靠近运动。
[0021]进一步的，所述检测质量块解耦梁的第一结构部分以及所述检测质量块解耦梁的第二结构部分是轴对称的，所述检测质量块解耦梁的第一结构部分的弹性形变与所述检测质量块解耦梁的第一结构部分的弹性形变也是轴对称的，
[0022]进一步的，所述检测质量块解耦梁的第一结构部分以及所述检测质量块解耦梁的第二结构部分的对称轴为第一检测质量块和第二检测质量块的对称轴。
[0023]进一步的，所述检测质量块解耦梁包括四个检测质量块解耦弹性梁、四个检测质量块解耦中间连接梁、四个检测质量块解耦支撑梁、第一检测质量块解耦端部连接梁和第二检测质量块解耦端部连接梁，
[0024]进一步的，第一检测质量块解耦端部连接梁的一端与第一检测质量块相连，另一端与一个检测质量块解耦弹性梁的中部相连，第二检测质量块解耦端部连接梁的一端与第二检测质量块相连，另一端与另一个检测质量块解耦弹性梁的中部相连，所述检测质量块解耦弹性梁和所述检测质量块解耦中间连接梁依次交替首尾相连，进而使得四个检测质量块解耦弹性梁和四个检测质量块解耦中间连接梁交替首尾相连形成一个闭环，每个检测质量块解耦支撑梁的一端与检测质量块解耦梁锚点相连，另一端与对应的一个检测质量块解耦中间连接梁的中部相连，
[0025]进一步的，所述检测质量块解耦梁的位于对称轴的靠近第一检测质量块一侧的部分结构被称为第一结构部分，所述检测质量块解耦梁的位于对称轴的靠近第二检测质量块一侧的部分结构被称为第二结构部分。
[0026]进一步的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种解耦式微陀螺，其特征在于，其包括：第一检测质量块；第二检测质量块，其中第一检测质量块和第二检测质量块在柯式力作用下会沿着相反的方向运动；连接于第一检测质量块和第二检测质量块之间的检测质量块解耦梁，其被配置的促使第一检测质量块和第二检测质量块保持相反方向的运动。2.根据权利要求1所述的解耦式微陀螺，其特征在于，在第一检测质量块相对于检测质量块解耦梁做远离运动时，所述检测质量块解耦梁在第一检测质量块的牵引下发生弹性形变，进而推动第二检测质量块相对于检测质量块解耦梁做远离运动，第一检测质量块相对于检测质量块解耦梁做靠近运动时，所述检测质量块解耦梁在第一检测质量块的挤压下发生弹性形变，进而拉动第二检测质量块相对于检测质量块解耦梁做靠近运动。3.根据权利要求2所述的解耦式微陀螺，其特征在于，所述检测质量块解耦梁包括与第一检测质量块连接的第一结构部分以及与第二检测质量块连接的第二结构部分，在第一检测质量块相对于检测质量块解耦梁做远离运动时，所述检测质量块解耦梁的第一结构部分在第一检测质量块的牵引下发生弹性形变，所述检测质量块解耦梁的第一结构部分的弹性形变促使所述检测质量块解耦梁的第二结构部分也发生弹性形变，进而使得所述检测质量块解耦梁的第二结构部分推动第二检测质量块相对于检测质量块解耦梁做远离运动，第一检测质量块相对于检测质量块解耦梁做靠近运动时，所述检测质量块解耦梁的第一结构部分在第一检测质量块的挤压下发生弹性形变，所述检测质量块解耦梁的第一结构部分的弹性形变促使所述检测质量块解耦梁的第二结构部分也发生弹性形变，进而使得所述检测质量块解耦梁的第二结构部分拉动第二检测质量块相对于检测质量块解耦梁做靠近运动。4.根据权利要求3所述的解耦式微陀螺，其特征在于，所述检测质量块解耦梁的第一结构部分以及所述检测质量块解耦梁的第二结构部分是轴对称的，所述检测质量块解耦梁的第一结构部分的弹性形变与所述检测质量块解耦梁的第一结构部分的弹性形变也是轴对称的，所述检测质量块解耦梁的第一结构部分以及所述检测质量块解耦梁的第二结构部分的对称轴为第一检测质量块和第二检测质量块的对称轴。5.根据权利要求3所述的解耦式微陀螺，其特征在于，所述检测质量块解耦梁包括四个检测质量块解耦弹性梁、四个检测质量块解耦中间连接梁、四个检测质量块解耦支撑梁、第一检测质量块解耦端部连接梁和第二检测质量块解耦端部连接梁，第一检测质量块解耦端部连接梁的一端与第一检测质量块相连，另一端与一个检测质量块解耦弹性梁的中部相连，第二检测质量块解耦端部连接梁的一端与第二检测质量块相连，另一端与另一个检测质量块解耦弹性梁的中部相连，所述检测质量块解耦弹性梁和所述检测质量块解耦中间连接梁依次交替首尾相连，进而使得四个检测质量块解耦弹性梁和
四个检测质量块解耦中间连接梁交替首尾相连形成一个闭环，每个检测质量块解耦支撑梁的一端与检测质量块解耦梁锚点相连，另一端与对应的一个检测质量块解耦中间连接梁的中部相连，所述检测质量块解耦梁的位于对称轴的靠近第一检测质量块一侧的部分结构被称为第一结构部分，所述检测质量块解耦梁的位于对称轴的靠近第二检测质量块一侧的部分结构被称为第二结构部分。6.根据权利要求5所述的解耦式微陀螺，其特征在于，每个检测质量块解耦弹性梁包括位于中间的U型部和位于两端的两个L型部，检测质量块解耦弹性梁两端的两个L型部关于所述检测质量块解耦弹性梁中间的U型部对称设置，检测质量块解耦弹性梁的端部的L型部的开口方向朝向所述检测质量块解耦梁锚点，所述第一检测质量块解耦端部连接梁与一个所述U型部的底部相连，所述第二检测质量块解耦端部连接梁与另一个所述U型部的底部相连。7.根据权利要求6所述的解耦式微陀螺，其特征在于，每个检测质量块解耦中间连接梁为L型结构，每个检测质量块解耦支撑梁的一端与检测质量块解耦梁锚点相连，另一端与所述L型结构的角点相连，以使得四个检测质量块解耦支撑梁于所述闭环内形成对角线，L型结构的检测质量块解耦中间连接梁的开口方向朝向所述检测质量块解耦梁锚点。8.根据权利要求7所述的解耦式微陀螺，其特征在于，在第一检测质量块相对于检测质量块解耦梁做远离运动时，与所述第一检测质量块解耦端部连接梁相连的检测质量块解耦弹性梁发生弹性形变，该弹性形变使得所述检测质量块解耦梁的第一结构部分的两个检测质量块解耦支撑梁的夹角变小产生外推力，该外推力促使所述第一检测质量块相对于检测质量块解耦梁做远离运动，所述第一结构部分产生的外推力通过所述检测质量块解耦梁锚点促使所述第二结构部分的两个检测质量块解耦支撑梁的夹角变小产生反向的外推力，该反向的外推力促使所述第二检测质量块相对于检测质量块解耦梁做远离运动；在第一检测质量块相对于检测质量块解耦梁做靠近运动时，与所述第一检测质量块解耦端部连接梁相连的检测质量块解耦弹性梁发生弹性形变，该弹性形变使得所述检测质量块解耦梁的第一结构部分的两个检测质量块解耦支撑梁的夹角变大产生内推力，该内推力促使所述第一检测质量块相对于检测质量块解耦梁做靠近运动，所述第一结构部分产生的内推力通过所述检测质量块解耦梁锚点促使所述第二结构部分的两个检测质量块解耦支撑梁的夹角变大产生反向的内推力，该反向的内推力促使所述第二检测质量块相对于检测质量块解耦梁做靠近运动。9.根据权利要求1所述的解耦式微陀螺，其特征在于，其还包括：第一驱动质量块组；第二驱动质量块组；连接于所述第一驱动质量块组和第二驱动质量块组之间的驱动质量块组解耦梁，在第一驱动质量块组相对于驱动质量块组解耦梁向第一方向运动时，所述驱动质量块组解耦梁在第一驱动质量块组的牵引下发生弹性形变，进而推动第二驱动质量块组相对于驱动质量块组解耦梁向第二方向运动，第一驱动质量块组相对于驱动质量块组解耦梁向第二方向运
动时，所述驱动质量块组解耦梁在第一驱动质量块组的挤压下发生弹性形变，进而推动第二驱动质量块组相对于驱动质量块组解耦梁向第一方向运动。10.根据权利要求9所述的解耦式微陀螺，其特征在于，所述驱动质量块组解耦梁包括与第一驱动质量块组连接的第一形变梁、与第二驱动质量块组连接的第三形变梁、连接第一形变梁和第三形变梁的第二形变梁，以及与驱动质量块组解耦梁锚点相连的支撑梁，在第一驱动质量块组相对于驱动质量块组解耦梁向第一方向运动时，所述驱动质量块组解耦梁的第一形变梁在第一驱动质量块组的牵引下发生弹性形变，所述第一形变梁的弹性形变在第二形变梁的作用下传递给第三形变梁，所述第三形变梁在该弹性形变的作用下推动所述第二驱动质量块组向第二方向运动，在第一驱动质量块组相对于驱动质量块组解耦梁向第二方向运动时，所述驱动质量块组解耦梁的第一形变梁在第一驱动质量块组的挤压下发生弹性形变，所述第一形变梁的弹性形变在第二形变梁的作用下传递给第三形变梁，所述第三形变梁在该弹性形变的作用下推动所述第二驱动质量块组向第一方向运动，所述第一方向与所述第二方向相反。11.根据权利要求10所述的解耦式微...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁希聪，凌方舟，蒋乐跃，刘尧，姜萍，苏云鹏，
申请(专利权)人：美新半导体天津有限公司，
类型：新型
国别省市：