一种光栅面内检测的解耦式全对称微陀螺制造技术

一种光栅面内检测的解耦式全对称微陀螺，包括：键合基板，支撑框架，驱动质量块，检测质量块，中心质量块，驱动组件和检测组件；支撑框架设置在键合基板上，支撑框架内侧面设有驱动座槽和检测座槽，驱动质量块分别设置在驱动座槽内；驱动质量块远离支撑框架中心一侧设置有可动梳齿，驱动座槽内对应可动梳齿的位置设置有固定梳齿，可动梳齿与固定梳齿交叉配合；检测质量块分别设置在检测座槽内，检测质量块上设置有可动光栅；中心质量块设置在支撑框架中心位置，中心质量块通过驱动组件与相邻的检测质量块连接，中心质量块通过检测组件与相邻的驱动质量块连接；键合基板上设置有凹槽，凹槽内两端对应可动光栅的位置对称设置有固定光栅。

A decoupled fully symmetric micro gyroscope with grating in-plane detection

【技术实现步骤摘要】
一种光栅面内检测的解耦式全对称微陀螺
本专利技术属于微惯性导航仪器测量仪器仪表零部件的

技术介绍
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，消费电子等领域发挥着重要作用。对于微机械陀螺而言，正交误差是影响其性能的重要因素。未解耦结构的陀螺，质量块和固定端用一个二维弹性梁联系，单个质量块具有驱动和检测两个自由度，模态之间存在严重耦合；解耦式陀螺可分为单解耦和双解耦，单解耦结构陀螺仅解除了检测模态对驱动模态的耦合，驱动模态会影响检测模态；双级解耦结构陀螺，驱动模态不影响检测模态，检测模态不影响驱动模态，可消除两个模态之间的耦合误差，降低正交误差的影响，可提高角速度信号检测的精度。本专利技术以减少正交耦合误差为目的，通过合理巧妙的陀螺结构设计来减少正交耦合误差，从本质上降低了耦合误差对微陀螺的性能影响。此外，本专利技术中微陀螺采用静电驱动，光栅检测，静电驱动具有稳定性好，且控制精确等诸多优点，光栅对微位移进行检测具有高分辨率、低噪声的优点，其分辨率可达飞米级，噪声可接近热噪声极限。目前，在距离测量及对位移敏感的加速度传感器中得到了成功应用。这使我们产生了将光栅效应应用于陀螺结构检测的动机，以解决角速率信号检测的难题，预期可将微机械陀螺的检测灵敏度与电容式陀螺相比提高一到两个数量级。通过对本领域资料查新，发现东南大学申请了“双音叉效应的对称全解耦双质量块硅微陀螺仪”(申请号为201410362573.9)，其采用的是静电驱动，电容式检测，整体结构设计复杂，电容式精度的提高是利用增大电容面积，由于器件的微小型化，有效电容面积已受到了很大限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对
技术介绍
的不足，提供了一种光栅面内检测的解耦式全对称微陀螺装置，使微陀螺正交耦合误差小，检测精度高。本专利技术的技术方案如下：一种光栅面内检测的解耦式全对称微陀螺，包括：键合基板，支撑框架，驱动质量块，检测质量块，中心质量块，驱动组件和检测组件；所述支撑框架设置在所述键合基板上，所述支撑框架内侧面上分别开设有驱动座槽和检测座槽，所述驱动质量块分别设置在驱动座槽内并通过驱动组件与支撑框架连接；所述驱动质量块远离支撑框架中心一侧设置有可动梳齿，所述驱动座槽内对应可动梳齿的位置设置有固定梳齿，所述可动梳齿与固定梳齿交叉配合；所述检测质量块分别设置在所述检测座槽内并通过检测组件与所述支撑框架连接，所述检测质量块上设置有可动光栅；所述中心质量块设置在所述支撑框架中心位置，所述中心质量块通过驱动组件与相邻的检测质量块连接，所述中心质量块通过检测组件与相邻的驱动质量块连接；所述键合基板上设置有凹槽，所述凹槽内两端对应所述可动光栅的位置对称设置有固定光栅。可选地，所述驱动座槽设置在支撑框架内侧以Y轴为中心对称的两个内侧面上，所述检测座槽设置在支撑框架内侧以X轴为中心对称的两个内侧面上。可选地，所述可动光栅和固定光栅均由多个单光栅组成，所述单光栅沿X轴方向设置，多个所述单光栅沿Y轴方向均匀间隔排列。可选地，所述可动光栅与所述固定光栅上下交叉排列。可选地，所述驱动组件包括：驱动反馈结构和驱动结构，所述驱动反馈结构和驱动结构均沿Y轴方向设置，其中一个驱动质量块两侧通过驱动结构、与所述支撑框架连接，另一个驱动质量块两侧通过驱动反馈结构与所述支撑框架连接。可选地，所述驱动反馈结构和驱动结构均由驱动梁和驱动连接块组成，四根所述驱动梁沿Y轴平行设置且一端均与驱动连接块连接，外侧两根驱动梁另一端与所述驱动质量块或中心质量块连接，内侧两根驱动梁另一端与支撑框架或检测质量块连接。可选地，所述检测组件包括：检测结构，所述检测结构均沿X轴方向设置。可选地，所述检测结构由检测梁和检测连接块组成，四根所述检测梁沿X轴平行设置且一端均与检测连接块连接，外侧两根检测梁另一端与所述检测质量块或中心质量块连接，内侧两根检测梁另一端与支撑框架或驱动质量块连接。本专利技术提供了一种光栅面内检测的解耦式全对称微陀螺装置，整体结构合理、紧凑、正交耦合误差小，该装置采用静电驱动，具有稳定性好，且控制精确等诸多优点，采用光栅对科氏力引起的微位移进行检测具有高分辨率、低噪声的优点。附图说明本专利技术的上述和(或)附加的方面的优点结合下面附图对实施例的描述将变得明显和容易理解，其中：图1为本专利技术整体结构图；图2为本专利技术整体结构的主视图；图3为本专利技术俯视图；图4为本专利技术键合基板结构示意图；图5为本专利技术实施例的两层光栅结构剖视局部放大图；图6为本专利技术驱动反馈结构和驱动结构结构示意图；图7为本专利技术检测结构结构示意图。图中所示，附图标记清单如下：支撑框架-1，键合基板-2，驱动质量块-3、4，检测质量块-5、6，驱动反馈结构-7、8，驱动结构-9、10、11、12，中心质量块-13，检测结构-14、15、16、17、18、19，可动光栅-20、21，固定光栅-24、25，固定梳齿-22、30，可动梳齿-23、31，驱动连接块-26，驱动梁-27，检测连接块-28，检测梁-29。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。以下结合附图对本专利技术做进一步说明：如图1、2、3所示，一种光栅面内检测的解耦式全对称微陀螺，包括：键合基板2，支撑框架1，驱动质量块3、4，检测质量块5、6，中心质量块13，驱动组件和检测组件。如图1、3所示，所述支撑框架1设置在所述键合基板2上，所述支撑框架1为方框形结构，所述支撑框架1内侧面上分别开设有驱动座槽和检测座槽，所述驱动座槽和检测座槽用于设置两个检测质量块5、6和两个驱动质量块3、4，并为驱动质量块3、4和检测质量块5、6提供运动空间。所述驱动座槽设置在支撑框架1内侧以Y轴为中心对称的两个内侧面上，所述检测座槽设置在支撑框架1内侧以X轴为中心对称的两个内侧面上。如图1、3所示，所述驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光栅面内检测的解耦式全对称微陀螺，其特征在于，包括：键合基板(2)，支撑框架(1)，驱动质量块(3、4)，检测质量块(5、6)，中心质量块(13)，驱动组件和检测组件；/n所述支撑框架(1)设置在所述键合基板(2)上，所述支撑框架(1)内侧面上分别开设有驱动座槽和检测座槽，所述驱动质量块(3、4)分别设置在驱动座槽内并通过驱动组件与支撑框架(1)连接；/n所述驱动质量块(3、4)远离支撑框架(1)中心一侧设置有可动梳齿(23、31)，所述驱动座槽内对应可动梳齿(23、31)的位置设置有固定梳齿(22、30)，所述可动梳齿(23、31)与固定梳齿(22、30)交叉配合；/n所述检测质量块(5、6)分别设置在所述检测座槽内并通过检测组件与所述支撑框架(1)连接，所述检测质量块(5、6)上设置有可动光栅(20、21)；/n所述中心质量块(13)设置在所述支撑框架(1)中心位置，所述中心质量块(13)通过驱动组件与相邻的检测质量块(5、6)连接，所述中心质量块(13)通过检测组件与相邻的驱动质量块(3、4)连接；/n所述键合基板(2)上设置有凹槽，所述凹槽内两端对应所述可动光栅(20、21)的位置对称设置有固定光栅(24、25)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种光栅面内检测的解耦式全对称微陀螺，其特征在于，包括：键合基板(2)，支撑框架(1)，驱动质量块(3、4)，检测质量块(5、6)，中心质量块(13)，驱动组件和检测组件；
所述支撑框架(1)设置在所述键合基板(2)上，所述支撑框架(1)内侧面上分别开设有驱动座槽和检测座槽，所述驱动质量块(3、4)分别设置在驱动座槽内并通过驱动组件与支撑框架(1)连接；
所述驱动质量块(3、4)远离支撑框架(1)中心一侧设置有可动梳齿(23、31)，所述驱动座槽内对应可动梳齿(23、31)的位置设置有固定梳齿(22、30)，所述可动梳齿(23、31)与固定梳齿(22、30)交叉配合；
所述检测质量块(5、6)分别设置在所述检测座槽内并通过检测组件与所述支撑框架(1)连接，所述检测质量块(5、6)上设置有可动光栅(20、21)；
所述中心质量块(13)设置在所述支撑框架(1)中心位置，所述中心质量块(13)通过驱动组件与相邻的检测质量块(5、6)连接，所述中心质量块(13)通过检测组件与相邻的驱动质量块(3、4)连接；
所述键合基板(2)上设置有凹槽，所述凹槽内两端对应所述可动光栅(20、21)的位置对称设置有固定光栅(24、25)。


2.根据权利要求1所述的光栅面内检测的解耦式全对称微陀螺，其特征在于，所述驱动座槽设置在支撑框架(1)内侧以Y轴为中心对称的两个内侧面上，所述检测座槽设置在支撑框架(1)内侧以X轴为中心对称的两个内侧面上。


3.根据权利要求1所述的光栅面内检测的解耦式全对称微陀螺，其特征在于，所述可动光栅(20、21)和固定光栅(24、25)均由多个单光栅组成，所述单光栅沿X轴方向设置，多个所述单光栅沿Y轴方向均匀间隔排列。


4.根据权利要求3所述的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：李孟委，郝飞帆，张瑞，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14