一种离面检测陀螺仪制造技术

本发明专利技术提供一种离面检测陀螺仪，其包括：左框架结构，其位于中心点的左侧，其能够沿Y轴进行谐振运动；右框架结构，其位于中心点的右侧，其能够沿Y轴进行与左框架结构反向的谐振运动；左移动质量块，其位于左框架结构的第一空间内，其通过第一倾斜挠性梁与左框架结构相连；左敏感质量块，其位于左框架结构的第一空间内，其通过第一敏感挠性梁与左移动质量块相连；右移动质量块，其位于右框架结构的第二空间内，其通过第二倾斜挠性梁与右框架结构相连；右敏感质量块，其位于右框架结构的第二空间内，其通过第二敏感挠性梁与右移动质量块相连。与现有技术相比，本发明专利技术设计合理紧凑，可靠性好，工艺简单，检测精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种离面检测陀螺仪
本专利技术涉及微机械系统
，尤其涉及一种具有高检测精度的离面检测陀螺仪。
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、国防军事及消费电子等领域发挥着重要作用。传统的离轴陀螺仪为单质量块结构，驱动时驱动框架带动敏感质量块运动，检测时，敏感质量块发生离面运动，用来检测X/Y轴角速率；常见的双框架结构陀螺仪多为面内检测，少有用来检测离轴角速率。参见中国专利技术专利CN109737943A和CN108507555A，均公开了一种双框架MEMS陀螺仪，公开的微陀螺结构设计精巧，驱动时沿X方向运动，当敏感到哥氏力时，敏感质量块沿Y方向运动，该结构主要用于检测面内Z轴角速率；继续参考中国专利技术专利CN109059893A，主要公开了一个单片双轴陀螺仪，该结构设计巧妙，驱动时所述驱动模块会带动所述正方形框架和纵向条形X轴检测板沿Y轴发生运动，当敏感到X轴有角速率输入时，所述纵向条形X轴检测板沿Z轴发生运动，其通过X轴检测疏齿电容变化可得到X轴角速率；当敏感到Z轴有角速率输入时，所述正方形框架沿Y轴发生运动，其通过Z轴检测疏齿电容变化可得到Z轴角速率。但是，该陀螺仪结构离轴角速率检测精度较低。因此，亟需提出一种新的技术方案来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种离面检测陀螺仪，其采用双框架结构，一方面，其结构设计新颖，通过巧妙的倾斜挠性梁结构和质量块设计，实现了离轴角速率检测；另一方面，其设计合理紧凑，可靠性好，工艺简单，检测精度高。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种离面检测陀螺仪，其包括：左框架结构，其位于中心点A的左侧，其内定义有第一空间，所述左框架结构能够沿Y轴进行谐振运动；右框架结构，其位于所述中心点A的右侧，其内定义有第二空间，所述右框架结构与所述左框架结构平行且间隔预定距离，其能够沿Y轴进行与所述左框架结构反向的谐振运动；左移动质量块，其位于所述左框架结构的第一空间内，其通过第一倾斜挠性梁与所述左框架结构相连；左敏感质量块，其位于所述左框架结构的第一空间内，其通过第一敏感挠性梁与所述左移动质量块相连；右移动质量块，其位于所述右框架结构的第二空间内，其通过第二倾斜挠性梁与所述右框架结构相连；右敏感质量块，其位于所述右框架结构的第二空间内，其通过第二敏感挠性梁与所述右移动质量块相连。与现有技术相比，本专利技术设计的离面检测陀螺仪采用双框架结构，可用于X/Y轴角速率检测，框架结构内巧妙的设置了移动质量块、敏感质量块和挠性梁结构，驱动时移动质量块带动敏感质量块发生运动；检测时移动质量块发生倾斜(或离面倾斜)，敏感质量块可沿Z轴发生垂直上下运动(或离面运动)；挠性梁结构可将平面内运动转换为平面外运动，从而使本专利技术设计的离面检测微陀螺结构设计合理紧凑，可靠性好，工艺简单，检测精度高。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本专利技术在一个实施例中的离面检测陀螺仪的整体结构示意图；图2为本专利技术中图1所示的三轴陀螺仪驱动状态时的示意图；图3为本专利技术中图1所示的三轴陀螺仪X轴检测时的示意图。其中，1a-左框架结构；1b-右框架结构；2a-第一移动质量块；2b-第二移动质量块；2c-第三移动质量块；2d-第四移动质量块；2e-左敏感质量块；2f-右敏感质量块；3a.1和3a.2-第一驱动电极；3a.3和3a.4-第二驱动电极；3a.5和3a.6-第三驱动电极；3a.7和3a.8-第四驱动电极；3b.1-第一驱动反馈电极；3b.2-第二驱动反馈电极；3b.3-第三驱动反馈电极；3b.4-第四驱动反馈电极；3c.1-第一敏感电极；3c.2-第二敏感电极；4a.1～4a.4-左框架结构支撑梁；4a.5～4a.8-右框架结构支撑梁；4b.1～4b.4第一倾斜挠性梁；4b.5～4b.8第二倾斜挠性梁；4c.1～4c.4-第一敏感挠性梁；4c.5～4c.8-第二敏感挠性梁；4d.1-第一耦合梁；4d.2-第二耦合梁；5a.1～-5a.4左框架结构锚点；5a.5～-5a.8右框架结构锚点；5b.1-第一耦合梁锚点；5b.2-第二耦合梁锚点。【具体实施方式】为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本专利技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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者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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”“耦接”等术语应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种离面检测陀螺仪。请参考图1所示，其为本专利技术在一个实施例中的离面检测陀螺仪的整体结构示意图。图1所示的离面检测陀螺仪包括左框架结构1a，右框架结构1b，左移动质量块2a、2b，右移动质量块2c、2d，左敏感质量块2e，右敏感质量块2f，倾斜挠性梁4b.1～4b.8，敏感挠性梁4c.1～4c.8。其中，左框架结构1a位于中心点A的左侧，其内定义有第一空间，所述左框架结构1a能够沿Y轴进行谐振运动；右框架结构1b位于所述中心点A的右侧，其内定义有第二空间，所述右框架结构1b与所述左框架结构1a平行且间隔预定距离，其能够沿Y轴进行与所述左框架结构1a反向的谐振运动；左移动质量块2a、2b位于所述左框架结构1a的第一空间内，其通过第一倾斜挠性梁4b.1～4b.4与所述左框架结构1a相连；左敏感质量块2e位于所述左框架结构1a的第一空间内，其通过第一敏感挠性梁4c.1～4c.4与所述左移动质量块块2a、2b相连；右移动质量块2c、2d位于所述右框架结构1b的第二空间内，其通过第二倾斜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离面检测陀螺仪，其特征在于，其包括：/n左框架结构，其位于中心点A的左侧，其内定义有第一空间，所述左框架结构能够沿Y轴进行谐振运动；/n右框架结构，其位于所述中心点A的右侧，其内定义有第二空间，所述右框架结构与所述左框架结构平行且间隔预定距离，其能够沿Y轴进行与所述左框架结构反向的谐振运动；/n左移动质量块，其位于所述左框架结构的第一空间内，其通过第一倾斜挠性梁与所述左框架结构相连；/n左敏感质量块，其位于所述左框架结构的第一空间内，其通过第一敏感挠性梁与所述左移动质量块相连；/n右移动质量块，其位于所述右框架结构的第二空间内，其通过第二倾斜挠性梁与所述右框架结构相连；/n右敏感质量块，其位于所述右框架结构的第二空间内，其通过第二敏感挠性梁与所述右移动质量块相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种离面检测陀螺仪，其特征在于，其包括：
左框架结构，其位于中心点A的左侧，其内定义有第一空间，所述左框架结构能够沿Y轴进行谐振运动；
右框架结构，其位于所述中心点A的右侧，其内定义有第二空间，所述右框架结构与所述左框架结构平行且间隔预定距离，其能够沿Y轴进行与所述左框架结构反向的谐振运动；
左移动质量块，其位于所述左框架结构的第一空间内，其通过第一倾斜挠性梁与所述左框架结构相连；
左敏感质量块，其位于所述左框架结构的第一空间内，其通过第一敏感挠性梁与所述左移动质量块相连；
右移动质量块，其位于所述右框架结构的第二空间内，其通过第二倾斜挠性梁与所述右框架结构相连；
右敏感质量块，其位于所述右框架结构的第二空间内，其通过第二敏感挠性梁与所述右移动质量块相连。


2.根据权利要求1所述的离面检测陀螺仪，其特征在于，其还包括：
耦合梁锚点，其位于所述左框架结构和右框架结构之间；
耦合梁，其与所述耦合梁锚点相连，且所述耦合梁连接于所述左框架结构和右框架结构之间，所述耦合梁设置的促使所述左框架结构和右框架结构沿Y轴反向运动，
其中，X轴和Y轴相互垂直并且定义了所述离面检测陀螺仪所在的平面，Z轴垂直于X轴和Y轴所定义的平面，X轴沿左右方向，Y轴沿上下方向，坐标原点为所述中心点A。


3.根据权利要求2所述的离面检测陀螺仪，其特征在于，
所述左框架结构和右框架结构均为一侧开口的半包围结构，且所述左框架结构和右框架结构的开口相对设置；
所述左框架结构和右框架结构均包括框架上部、框架下部和框架连接部，其中，所述框架连接部连接于所述框架上部和框架下部之间。


4.根据权利要求3所述的离面检测陀螺仪，其特征在于，
所述左移动质量块为两个，分别为第一移动质量块和第二移动质量块，其中，所述第一移动质量块位于所述左框架结构的第一空间内的左侧，其通过所述第一倾斜挠性梁与所述左框架结构相连；所述第二移动质量块位于所述左框架结构的第一空间内的右侧，其通过所述第一倾斜挠性梁与所述左框架结构相连；所述左敏感质量块通过所述第一敏感挠性梁连接于所述第一移动质量块和第二移动质量块之间；
所述右移动质量块为两个，分别为第三移动质量块和第四移动质量块，其中，所述第三移动质量块位于所述右框架结构的第二空间内的左侧，其通过所述第二倾斜挠性梁与所述右框架结构相连；所述第四移动质量块位于所述右框架结构的第二空间内的右侧，其通过所述第二倾斜挠性梁与所述右框架结构相连；所述右敏感质量块通过所述第二敏感挠性梁连接于所述第三移动质量块和第四移动质量块之间。


5.根据权利要求3所述的离面检测陀螺仪，其特征在于，
在所述左框架结构沿Y轴进行谐振运动，所述右框架结构沿Y轴进行与所述左框架结构反向的谐振运动时，所述左框架结构通过所述第一倾斜挠性梁、左移动质量块和第一敏感挠性梁带动所述左敏感质量块沿Y轴进行谐振运动；所述右框架结构通过所述第二倾斜挠性梁、右移动质量块和第二敏感挠性梁带动所述右敏感质量块沿Y轴进行与所述左敏感质量块反向的谐振运动。


6.根据权利要求5所述的离面检测陀螺仪，其特征在于，其还包括：
设置于所述第一敏感质量块下方的第一敏感电极；
设置于所述第二敏感质量块下方的第二敏感电极；
当感应到X轴角速度输入时，由于柯氏效应会产生柯氏力，带动左移动质量块和右移动质量块倾斜，带动所述第一敏感质量块和所述第二敏感质量块沿着Z轴方向发生反向运动，第一敏感电极检测与所述第一敏感质量块的距离变化，第二敏感电极检测与所述第二敏感质量块的距离变化，第一敏感电极和第二敏感电极的电容一个增大，一个减小，两者差分得到X轴角速度引起的电容变化，进而得到输入的X轴角速率大小。


7.根据权利要求3所述的离面检测陀螺仪，其特征在于，其还包括：
左框架结构锚点；
左框架结构支撑梁，其连接于所述左框架结构锚点和所述左框架结构之间；
右框架结构锚点；
右框架结构支撑梁，其连接于所述右框架结构锚点和所述右框架结构之间；
分别设置于所述左框架结构的上下两侧的第一驱动电极和第二驱动电极；
分别设置于所述右框架结构的上下两侧的第三驱动电极和第四驱动电极；
分别设置于所述左框架结构的上下两侧的第一驱动反馈电极和第二驱动反馈电极；
分别设置于所述右框架结构的上下两侧的第三驱动反馈电极和第四驱动反馈电极；
通过在所述第一驱动电极和第二驱动电极上施加驱动电压驱动所述左框架结构沿Y轴进行谐振运动；
通过在所述第三驱动电极和第四驱动电极上施加驱动电压驱动所述右驱动框架结构沿Y轴进行与所述左框架结构反向的谐振运动。


8.根据权利要求7所述的离面检测陀螺仪，其特征在于，
所述左框架结构的框架上部内定义有第三空间，所述左框架结构的框架下部内定义有第四空间；
所述右框架结构的框架上部内定义有第五空间，所述右框架结构的框架下部内定义有第六空间；...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁希聪，凌方舟，蒋乐跃，储莉玲，
申请(专利权)人：美新半导体天津有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12