微机械陀螺仪制造技术

本发明专利技术提供了一种微机械陀螺仪，包括基底、固定于基底的至少两个检测结构、以及连接相邻检测结构的耦合梁，每一检测结构包括固定于基底的锚点、悬置于基底上并与锚点连接的圆环形振动结构、多个面内换能器以及多个面外换能器，面内换能器绕圆环形振动结构的中心分布在圆环形振动结构的外侧，面外换能器绕圆环形振动结构的中心分布于圆环形振动结构下方或上方，该检测结构工作在结构面内的3θ体振动驱动模态以及工作在结构面外的第2阶弯曲体振动检测模态，两个体振动模态可相互互换。本发明专利技术的微机械陀螺仪可以提高检测灵敏度。明的微机械陀螺仪可以提高检测灵敏度。明的微机械陀螺仪可以提高检测灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
微机械陀螺仪


[0001]本专利技术涉及翻转倾斜检测领域，具体涉及一种微机械陀螺仪。

技术介绍

[0002]微机械陀螺仪，即MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)陀螺仪，是一种典型的角速度微传感器，由于其尺寸小、功耗低和加工方便等优势在消费电子市场有着广泛的应用。近年来随着性能的逐步提升，MEMS陀螺仪被广泛应用于工业、汽车和虚拟现实等领域。
[0003]目前，传统体振动式翻转/倾斜检测结构形式，最为典型的ADI以及GIT的圆盘形体振动翻转/倾斜检测结构，两典型单位均选择采用结构的面内2θ振形作为驱动模态，而采用结构的面外第3阶弯曲振形作为检测模态。但是，基于哥氏效应角度分析，检测结构的驱动模态与检测模态的匹配度差，驱动模态部分的运动质量并未参与哥氏效应，哥氏增益低，从而导致圆盘型陀螺仪的灵敏度和精确度不够高。
[0004]因此，有必要提供一种改进的微机械陀螺仪来解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种微机械陀螺仪，可以提高检测灵敏度。
[0006]本专利技术的技术方案如下：一种微机械陀螺仪，包括基底、固定于所述基底的至少两个检测结构、以及连接相邻所述检测结构并形成机械耦合的耦合梁，每一所述检测结构包括固定于所述基底的锚点、悬置于所述基底上并与所述锚点形成机械耦合的圆环形振动结构、多个用于耦合所述检测结构所在平面内机械场与电场的面内换能器、多个用于耦合所述检测结构所在平面外机械场与电场的面外换能器，所述面内换能器绕所述圆环形振动结构的中心分布在所述圆环形振动结构的外侧，每一所述面内换能器均与所述基底固定连接，相邻两个所述面内换能器间隔设置；所述面外换能器绕所述圆环形振动结构的中心分布于所述圆环形振动结构上方或下方，每一所述面外换能器均与所述基底固定连接且与所述圆环形振动结构间隔设置，相邻两个所述面外换能器间隔设置；
[0007]其中，一所述检测结构中的圆环形振动结构与相邻的所述检测结构中的圆环形振动结构通过所述耦合梁连接，以使两个相邻的所述检测结构的运动关联；所述检测结构工作在两个体振动模态中，两个所述体振动模态包括工作在所述检测结构面内的3θ体振动驱动模态，以及工作在所述检测结构面外的第2阶弯曲体振动检测模态，两个体振动模态可相互互换。
[0008]可选的，所述圆环形振动结构套设于所述锚点外并与所述锚点抵接固定。
[0009]可选的，所述圆环形振动结构套设于所述锚点外，所述圆环形振动结构与所述锚点间隔设置，每一所述检测结构还包括设置于所述圆环形振动结构与所述锚点之间的连接梁，所述连接梁将所述圆环形振动结构与所述锚点连接。
[0010]可选的，每一所述检测结构中连接梁的数量为3M个，M为大于或等于1的整数。
[0011]可选的，每一所述连接梁包括第一支撑梁以及与所述第一支撑梁对称设置的第二连接梁，所述第一支撑梁的一端与所述锚点连接，所述第一支撑梁的另一端与所述圆环形振动结构连接；所述第二支撑梁的一端与所述锚点连接，所述第二支撑梁的另一端与所述圆环形振动结构连接。
[0012]可选的，所述基底上设置有绝缘层，所述锚点、所述面内换能器以及所述面外换能器均通过所述绝缘层与所述基底连接。
[0013]可选的，所述锚点设置在所述圆环形振动结构内部或外部。
[0014]可选的，每一所述圆环质量块中所述面内换能器的数量为3N，所述面外换能器的数量为2N，其中N为大于或等于1的整数。
[0015]可选的，3N个所述面内换能器绕所述圆环形振动结构的中心均匀分布，2N个所述面外换能器绕所述圆环形振动结构的中心均匀分布。
[0016]可选的，所述面内换能器的换能形式包括电容、电感、热电、压电中的一种或多种组合；所述面外换能器的换能形式包括电容、电感、热电、压电中的一种或多种组合。
[0017]本专利技术的有益效果在于：微机械陀螺仪包括至少两个检测结构，检测结构通过耦合梁进行机械耦合。检测结构工作在两个体振动模态中，两个体振动模态包括工作在所述检测结构面内的3θ体振动驱动模态，以及工作在所述检测结构面外的第2阶弯曲体振动检测模态。所述两个体振动模态可相互互换，两者模态振形高度契合哥氏效应，因而，哥氏增益显著提升。同时两个模态之间的角动量以及线动量守恒，具有较低的锚点结构损失，且通过面内换能器以及面外换能器的差分检测，实现对外部干扰的角振动、线振动自免疫效果，进而能够提高检测结构的灵敏度。
【附图说明】
[0018]图1为本专利技术提供的第一种微机械陀螺仪的结构示意图；
[0019]图2为图1中微机械陀螺仪沿P
‑
P方向的剖视图；
[0020]图3为申请实施例中以3θ体振动进入驱动模态的微机械陀螺仪接收到X轴角速度时理论上的所受哥氏力的示意图；
[0021]图4为本申请实施例中以3θ体振动进入驱动模态的微机械陀螺仪接收到X轴角速度时激发出的实际的检测模态示意图；
[0022]图5为本专利技术提供的第二种微机械陀螺仪的结构示意图；
[0023]图6为图5中微机械陀螺仪沿H
‑
H方向的剖视图；
[0024]图7为本申请实施例中多个质量块的第一种连接示意图；
[0025]图8为本申请实施例中多个质量块的第二种连接示意图；
[0026]图9为本专利技术提供的第一种微机械陀螺仪的使用方法；
[0027]图10为本专利技术提供的第二种微机械陀螺仪的使用方法。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步说明。
[0029]MEMS(Micro
‑
Electro Mechanical Systems)是指集机械元素、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。微机
械陀螺仪即MEMS陀螺仪，MEMS陀螺仪被普遍运用到各种便携式电子设备比如手机、IPAD、AR\VR穿戴设备等。常用于检测与旋转相关的物理量，如角速度。微机械陀螺仪可实现用户与设备的体感交互，具有广泛的应用前景。
[0030]需要说明的是，微机械陀螺仪利用科里奥利力(即哥氏力，又称科氏力)的产生原理从而实现对角速度的检测。哥氏力是处于转动参考系中的物体在运动时受到的一种惯性力。在微机械陀螺仪的设计中，首先需要制造一个运动的质量块。此时，质量块处于惯性系中，仅保持预设的运动状态，这种运动状态被称为驱动模态。将处于驱动模态下的质量块旋转时，由于惯性，质量块将会保持原有的驱动模态下的运动。但是，站在转动系中观察所述质量块时，可以发现质量块在角速度方向的垂直方向上产生了位移。此时，可以认为所述质量块在垂直于角速度的方向上受到了惯性力，这种惯性力被称为哥氏力，可由右手定则确定哥氏力的方向。站在转动系中观察所述质量块，质量块除了保持原有的运动之外，还在哥氏力的方向上产生了位移，这种运动状态被称为检测模态。检测质量块在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微机械陀螺仪，其特征在于，包括基底、固定于所述基底的至少两个检测结构、以及连接相邻所述检测结构并形成机械耦合的耦合梁，每一所述检测结构包括固定于所述基底的锚点、悬置于所述基底上并与所述锚点形成机械耦合的圆环形振动结构、多个用于耦合所述检测结构所在平面内机械场与电场的面内换能器、多个用于耦合所述检测结构所在平面外机械场与电场的面外换能器，所述面内换能器绕所述圆环形振动结构的中心分布在所述圆环形振动结构的外侧，每一所述面内换能器均与所述基底固定连接，相邻两个所述面内换能器间隔设置；所述面外换能器绕所述圆环形振动结构的中心分布于所述圆环形振动结构上方或下方，每一所述面外换能器均与所述基底固定连接且与所述圆环形振动结构间隔设置，相邻两个所述面外换能器间隔设置；其中，一所述检测结构中的圆环形振动结构与相邻的所述检测结构中的圆环形振动结构通过所述耦合梁连接，以使两个相邻的所述检测结构的运动关联；所述检测结构工作在两个体振动模态中，两个所述体振动模态包括工作在所述检测结构面内的3θ体振动驱动模态，以及工作在所述检测结构面外的第2阶弯曲体振动检测模态，两个体振动模态可相互互换。2.根据权利要求1所述微机械陀螺仪，其特征在于：所述圆环形振动结构套设于所述锚点外并与所述锚点抵接固定。3.根据权利要求1所述微机械陀螺仪，其特征在于：所述圆环形振动结构套设于所述锚点外，所述圆环形振动结构与所述锚点间隔设置，每一所述检测结构还包括设置于...

【专利技术属性】
技术研发人员：阚枭，占瞻，马昭，杨珊，李杨，陈秋玉，洪燕，黎家健，
申请(专利权)人：瑞声声学科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：