MEMS陀螺仪制造技术

本发明专利技术提供了MEMS陀螺仪，包括环形结构、连接于环形结构的第一耦合结构、连接于第一耦合结构的质量块、与质量块相连的锚点、连接于相邻的质量块之间的第二耦合结构及连接于环形结构和质量块的换能组件，MEMS陀螺仪包括4N个绕环形结构的中心等角度排布的质量块，N为大于等于2的整数，质量块包括与第一耦合结构相连且开设有收容槽的主体及连接于主体且位于收容槽内的弹性结构，锚点设置于收容槽内且与弹性结构相连。本方案能够提高芯片区域的面积使用率，增加灵敏度，提高偏置稳定性，提升其检测性能，降低机械噪声。降低机械噪声。降低机械噪声。

【技术实现步骤摘要】
MEMS陀螺仪


[0001]本专利技术属于陀螺仪
，尤其涉及MEMS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非常广泛的应用。近年来随着MEMS陀螺仪性能的逐步提升，广泛应用于汽车、工业、虚拟现实等领域。
[0003]MEMS陀螺仪可分为线振动音叉型陀螺仪和圆盘形陀螺仪两类，其中，圆盘形陀螺仪的驱动模态振型和检测模态振型简并,灵敏度高，且结构简单，逐步成为实用较为广泛的高性能陀螺仪。但是，圆盘形陀螺仪受限于结构和空间布局，如专利号为US7581443B2的传统Disc陀螺的专利，并参见附图4中传统Dsic陀螺的归一化位移图，一些区域并未或较少参与振动和敏感，芯片面积使用率低，导致灵敏度低、而且偏置稳定性不高，影响其检测性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种MEMS陀螺仪，能够提高芯片区域的面积使用率，增加灵敏度，提高偏置稳定性，提升其检测性能，降低机械噪声。
[0005]本专利技术的技术方案如下：一种MEMS陀螺仪，包括环形结构、连接于所述环形结构的第一耦合结构、连接于所述第一耦合结构的远离所述环形结构端的质量块、与所述质量块相连的锚点、连接于相邻的所述质量块之间的第二耦合结构及连接于所述环形结构和所述质量块的换能组件，所述MEMS陀螺仪包括4N个绕所述环形结构的中心等角度排布且尺寸相同的所述质量块，N为大于等于2的整数，所述质量块包括与第一耦合结构相连且内部或侧部开设有收容槽的主体及连接于所述主体且位于所述收容槽内的弹性结构，所述锚点设置于所述收容槽内且与所述弹性结构相连。
[0006]进一步地，所述弹性结构包括容置于所述收容槽内且与所述主体间隔设置的运动解耦块、一端连接于所述运动解耦块且另一端连接于所述主体的第一梁结构、以及一端连接于所述运动解耦块且另一端连接于所述锚点的第二梁结构。
[0007]进一步地，所述收容槽包括位于中部的主槽及自所述主槽朝一侧延伸形成的弹力槽，所述运动解耦块收容于所述主槽内，所述第一梁结构的中部具有伸入所述弹力槽内的第一弯曲结构。
[0008]进一步地，所述锚点和所述收容槽的内壁之间形成弹性间隙，所述第二梁结构的中部具有伸入所述弹性间隙内的第二弯曲结构。
[0009]进一步地，所述质量块的靠近所述环形结构侧的中部开设连接缺口，所述第一耦合结构包括一端连接于所述环形结构且另一端伸入所述连接缺口内的连接条、及一端连接于所述连接条且另一端连接于所述连接缺口的侧壁的第三梁结构。
[0010]进一步地，所述连接条对称地连接有两所述第三梁结构，所述第三梁结构包括自
所述连接条的远离所述环形结构端朝一侧延伸出的第一连接臂、自所述第一连接臂的一端朝所述环形结构弯曲延伸形成的弹性臂及自所述弹性臂一侧弯曲延伸并与所述连接缺口的侧壁相连的第二连接臂。
[0011]进一步地，所述质量块的一侧开设耦合缺口，所述第二耦合结构包括容置于所述耦合缺口内的耦合梁及一端连接于所述耦合梁且另一端连接于所述耦合缺口的内壁的第四梁结构。
[0012]进一步地，所述第四梁结构的中部具有第三弯曲结构。
[0013]进一步地，所述质量块位于所述环形结构的内侧或外侧。
[0014]进一步地，所述环形结构包括同轴设置且自内而外依次间隔排布的若干环形件以及连接于相邻的所述环形件之间的辐条。
[0015]进一步地，所述换能组件包括环绕设置于所述环形结构外侧的4N个第一换能器和设置于所述环形结构内侧且位于所述质量块上的第二换能器，所述第一换能器与所述第二换能器一一对应设置。
[0016]进一步地，所述第一换能器包括电容换能器、电感换能器、热电换能器、压电换能器中的任意一种或任意多种的组合，所述第二换能器包括电容换能器、电感换能器、热电换能器、压电换能器中的任意一种或任意多种的组合。
[0017]本专利技术的原理在于：
[0018]质量块之间通过第二耦合结构关联，构成了线振动的音叉陀螺，参与角速度敏感，环形结构和质量块之间通过第一耦合结构关联，且质量块和锚点之间通过弹性结构相连，构成了与音叉陀螺相连的环形陀螺；并且，本方案的MEMS陀螺仪拥有两个振型相同的振动模态，第一个模态为沿0
°
/90
°
的振型，称为驱动模态；第二个模态为沿45
°
/135
°
的振型，称为检测模态。通过外部驱动力，驱动MEMS陀螺仪以驱动模态振型的振动，此时，当MEMS陀螺仪受到外界角速度ω，根据哥氏原理，角速度ω将产生沿45
°
/135
°
方向的哥氏力合力，而哥氏力合力会迫使MEMS陀螺仪产生以检测模态振型的振动，最终，通过检测MEMS陀螺仪沿45
°
/135
°
方向的振动位移，可获取角速度ω大小。
[0019]本专利技术的有益效果在于：
[0020]1、环形结构构成的环形陀螺和质量块构成的音叉陀螺采用共形的驱动模态与检测模态，因而，线振动音叉陀螺驱动模态与检测模态的运动解耦，可以降低非运动质量块的位移，降低正交误差，有利于传感器的偏置稳定性；
[0021]2、质量块布置于环形陀螺原本闲置的锚点区域，且替换环形陀螺小位移的振动区域，由于线振动音叉陀螺平动的特点，质量块拥有大位移，所以，MEMS陀螺仪的驱动模态与检测模态拥有更大的模态质量，可以降低MEMS谐振器的机械噪声，有利于传感器的偏置稳定性；
[0022]3、质量块间构成了线振动音叉陀螺，参与角速度敏感，因此，新方案极大提升了芯片的面积使用率，拥有更大的哥氏力，极大提升了芯片的面积使用率，增加了传感器的灵敏度；
[0023]4、环形陀螺和音叉陀螺通过若干质量与环形结构间关联耦合梁关联，形成多级耦合的驱动模态与检测模态，增强传感器的最大位移，提升了哥氏力大小，提升了陀螺灵敏度，进一步有利于传感器的偏置稳定性。
【附图说明】
[0024]图1为本专利技术实施例1中MEMS陀螺仪的俯视结构示意图；
[0025]图2为本专利技术实施例1中MEMS陀螺仪在驱动模态时的状态示意图；
[0026]图3为本专利技术实施例1中MEMS陀螺仪在检测模态时的状态示意图；
[0027]图4为本专利技术实施例1中MEMS陀螺仪与传统Disc(圆盘)陀螺的归一化位移对比表；
[0028]图5为图1中A部细节的放大图；
[0029]图6为图5中B部细节的放大图；
[0030]图7为本专利技术实施例2中MEMS陀螺仪的俯视结构示意图；
[0031]图8为本专利技术实施例2中MEMS陀螺仪在驱动模态时的状态示意图；
[0032]图9为本专利技术实施例2中MEMS陀螺仪在检测模态时的状态示意图。
【具体实施方式】本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS陀螺仪，包括环形结构、连接于所述环形结构的第一耦合结构、连接于所述第一耦合结构的远离所述环形结构端的质量块、与所述质量块相连的锚点、连接于相邻的所述质量块之间的第二耦合结构及连接于所述环形结构和所述质量块的换能组件，其特征在于，所述MEMS陀螺仪包括4N个绕所述环形结构的中心等角度排布且尺寸相同的所述质量块，N为大于等于2的整数，所述质量块包括与第一耦合结构相连且内部或侧部开设有收容槽的主体及连接于所述主体且位于所述收容槽内的弹性结构，所述锚点设置于所述收容槽内且与所述弹性结构相连。2.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述弹性结构包括容置于所述收容槽内且与所述主体间隔设置的运动解耦块、一端连接于所述运动解耦块且另一端连接于所述主体的第一梁结构、以及一端连接于所述运动解耦块且另一端连接于所述锚点的第二梁结构。3.根据权利要求2所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述收容槽包括位于中部的主槽及自所述主槽朝一侧延伸形成的弹力槽，所述运动解耦块收容于所述主槽内，所述第一梁结构的中部具有伸入所述弹力槽内的第一弯曲结构。4.根据权利要求2所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述锚点和所述收容槽的内壁之间形成弹性间隙，所述第二梁结构的中部具有伸入所述弹性间隙内的第二弯曲结构。5.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述质量块的靠近所述环形结构侧的中部开设连接缺口，所述第一耦合结构包括一端连接于所述环形结构且另一端伸入所述连接缺口内的连接条、及一端连接于所述连接条且另一端连接于...

【专利技术属性】
技术研发人员：占瞻，马昭，阚枭，杨珊，李杨，谭秋喻，洪燕，黎家健，
申请(专利权)人：瑞声科技南京有限公司，
类型：发明
国别省市：