本发明专利技术公开一种实现抑制共模干扰信号的六质量块MEMS双轴陀螺。此MEMS双轴陀螺可同时检测X轴和Y轴两个方向的角速度，陀螺结构包括两个三角质量块、两个X轴质量块、两个Y轴质量块、质量块连接梁、梳齿结构、锚点结构、支撑梁结构及边框结构。其工作原理为在静电力驱动下陀螺的两个三角质量块沿面外(即Z轴)做反向简谐振动，并通过质量块连接梁将简谐振动传递给X轴和Y轴方向的质量块。当沿X或Y轴存在角速度时，由于科氏效应，将引起X轴或Y轴的一对质量块做反向振动，产生差模电容信号。当后端处理电路采用差分电路时，差模电容信号被放大，共模干扰信号被抑制，由此提高陀螺的抗干扰能力。力。力。
【技术实现步骤摘要】
一种实现抑制共模干扰信号的六质量块MEMS双轴陀螺
[0001]本专利技术属于微/纳机电系统的
，具体涉及一种实现抑制共模干扰信号的六质量块MEMS双轴陀螺。
技术介绍
[0002]MEMS陀螺仪是通过科氏效应感知外界角速度的传感器，由于其相比于传统陀螺仪具有更小的尺寸、更高的可靠性、更大的测量范围以及更长的寿命，是目前惯性导航领域的热门研究对象，被广泛应用于车辆控制、精准定位、消费电子、航空航天及武器制导等领域。
[0003]针对现有MEMS陀螺的调研发现，目前常见的MEMS陀螺大多是检测单个轴向的陀螺结构，为实现角速度的双轴检测，往往是通过两个单独的陀螺集成实现，这种方式容易引入交叉耦合误差，且难以实现小型化。通过查阅相关文献及资料发现，存在一种陀螺结构能实现双轴角速度检测，但无法在结构上区分由角速度产生的有效信号和外界干扰信号，该双轴陀螺结构同时驱动X、Y平面上的质量块在Z轴方向上做同方向运动，当外界存在角速度或外界存在其它作用力时，检测结构都会产生同方向运动，导致科氏力和其他作用力都产生共模信号，无法区分。本专利技术设计了一种基于面外振动的六质量块差分检测硅微谐振式双轴陀螺，既具备双轴同时检测角速度能力，又具备抑制外界其它作用力引起的共模信号的干扰。
技术实现思路
[0004]本专利技术要解决的技术问题：针对现有的具备双轴检测的MEMS谐振动陀螺无法从结构上解决外界干扰产生的共模信号问题，提供一种实现抑制陀螺仪共模干扰信号的六质量块MEMS双轴陀螺。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种实现抑制共模干扰信号的六质量块MEMS双轴陀螺，具体包括以下结构：第一三角质量块、第二三角质量块、极板衬底、Y轴方向第一质量块、X轴方向第一质量块、Y轴方向第二质量块、X轴方向第二质量块、检验梳齿可动结构、检验梳齿固定结构、锚点框架连接梁、锚点质量块弹性梁、质量块连接梁、锚点、框架。陀螺结构特征在于：检验梳齿固定结构与锚点固定在极板衬底上，第一三角质量块和第二三角质量块，外形几何尺寸相同，通过锚点质量块弹性梁与锚点进行连接，并处于悬空状态，可以满足在Z轴方向的简谐振动；Y轴方向第一质量块和X轴方向第一质量块，外形几何尺寸相同，通过质量块连接梁与第一三角质量块相连，并处于悬空状态；Y轴方向第二质量块和X轴方向第二质量块，外形几何尺寸相同，通过质量块连接梁与第二三角质量块相连，并处于悬空状态；Y轴方向第一质量块、X轴方向第一质量块、Y轴方向第二质量块和X轴方向第二质量块在其结构中刻蚀出几何尺寸相同的检验梳齿可动结构，该检验梳齿可动结构与检验梳齿固定结构形成检测的梳齿电容；框架通过锚点框架连接梁与锚点相连，形成固定位置的悬空结构。
[0006]进一步地，检验梳齿固定结构与锚点材料相同，为硅材料，固定在极板衬底上，且
厚度相同；Y轴方向第一质量块、X轴方向第一质量块、Y轴方向第二质量块、X轴方向第二质量块、检验梳齿可动结构、锚点质量块弹性梁、质量块连接梁、锚点框架连接梁和边框材料相同，为硅材料，上述结构处于悬空状态，除锚点质量块弹性梁外，其余结构厚度相同。锚点质量块弹性梁通过湿法刻蚀工艺处理，使结构厚度减薄，Z轴方向的刚度减小。
[0007]进一步地，通过第一次刻蚀工艺，在一块平整结构的SOI片上将检验梳齿固定结构与锚点的柱状根部支撑部分加工成型，并将刻蚀好的结构与玻璃衬底进行键合；通过干法刻蚀和湿法刻蚀，去除SOI片的衬底层和埋氧层，得到裸露的器件层结构，并在该器件层上制作金属电极层；通过湿法刻蚀去除器件层上多余的金属电极层结构；通过离子刻蚀，刻蚀器件层得到以下结构：第一三角质量块、第二三角质量块、Y轴方向第一质量块、X轴方向第一质量块、Y轴方向第二质量块、X轴方向第二质量块、锚点框架连接梁、锚点质量块弹性梁、质量块连接梁和边框；最后通过湿法刻蚀工艺处理锚点质量块弹性梁，使结构厚度减薄，Z轴方向的刚度减小。
[0008]进一步地，第一三角质量块、第二三角质量块、Y轴方向第一质量块、X轴方向第一质量块、Y轴方向第二质量块、X轴方向第二质量块、检验梳齿可动结构、锚点框架连接梁、锚点质量块弹性梁、质量块连接梁和边框均在同一水平面上；Y轴方向第一质量块与Y轴方向第二质量块在Y轴方向位置对称，且尺寸相同；X轴方向第一质量块与X轴方向第二质量块在X轴方向位置对称，且尺寸相同。同时，第一三角质量块和第二三角质量块与锚点连接，锚点质量块弹性梁在X轴和Y轴向具有很大的刚度，在Z轴向上刚度较小，使三角质量块可以在Z轴向上产生运动而在X轴和Y轴方向上的位移较小。
[0009]本专利技术的原理在于：该陀螺的激励方式采用静电驱动，陀螺的检测方式采用电容检测。该陀螺第一三角质量块和第二三角质量块分别与极板衬底形成电容结构，在静电力的驱动下可实现第一三角质量块和第二三角质量块在面外(即Z轴)方向做反向的简谐振动。第一三角质量块和第二三角质量块的振动通过质量块连接梁分别传递给第一组质量块（Y轴方向第一质量块、X轴方向第一质量块）和第二组质量块（Y轴方向第二质量块、X轴方向第二质量块），使这两组质量块也随三角质量块做反向简谐运动。当XY平面内存在角速度时，由于科氏效应，位于对称状态的质量块受科氏力的作用产生XY平面内的反向位移，并带动内部检验梳齿可动结构的位移，使检验梳齿进入变间隙式电容检测工作状态，并产生差模电容信号。当后端处理电路采用差分电路时，差模电容信号被放大。同时，当外界其它力（如外界磕碰、振动等）作用于陀螺时，根据牛顿运动定律可得，其它力将导致互为对称的质量块同向位移，使梳齿结构产生共模信号，在差分检测电路中将被抑制，由此提高陀螺的抗干扰能力。
[0010]本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术中的MEMS陀螺的工作过程是利用MEMS陀螺中的三角质量块沿面外(即Z轴)做方向相反的简谐振动，并通过质量块连接梁将简谐振动分别传给X轴和Y轴方向的质量块。当存在XY平面内角速度时，由于科氏效应，将引起互为对称的质量块（Y轴的一对质量块或X轴的一对质量块）做反向振动，产生差模电容信号，外界其它作用力作用于陀螺时，将产生共模信号。当后端电路采用差分电路处理时，差模信号被放大，提高信号稳定性及抗干扰能力，共模信号被抑制，由此提高整个陀螺系统的抗干扰能力。
[0011]有益效果：
该MEMS结构的陀螺一方面实现了双轴角速度信号检测的效果，另一方面能对外界其它作用力产生的共模干扰信号起到抑制效果，提高检测精确性，减少误差，而且其结构简单、制作成本低。
附图说明
[0012]图1为本专利技术提出的一种实现抑制共模干扰信号的六质量块MEMS双轴陀螺的结构俯视图。
[0013]图2为本专利技术提出的一种实现抑制共模干扰信号的六质量块MEMS双轴陀螺的立体结构图。
[0014]图3为本专利技术提出的一种实现抑制共模干扰信号的六质量块MEMS双轴陀螺的梳齿结构图。
[0015]图4为本专利技术提出的一种实现抑制共模干扰信号的六质量块MEMS双轴陀螺的工作过程示意图。
[0016本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种实现抑制共模干扰信号的六质量块MEMS双轴陀螺，其特征在于：具体包括以下结构：第一三角质量块（1）、第二三角质量块（2）、极板衬底（3）、Y轴方向第一质量块（4）、X轴方向第一质量块（5）、Y轴方向第二质量块（6）、X轴方向第二质量块（7）、检验梳齿可动结构（8）、检验梳齿固定结构（9）、锚点框架连接梁（10）、锚点质量块弹性梁（11）、质量块连接梁（12）、锚点（13）、框架（14）；其陀螺特征在于：检验梳齿固定结构（9）与锚点（13）固定在极板衬底上，第一三角质量块（1）和第二三角质量块（2），外形几何尺寸相同，通过锚点质量块弹性梁（11）与锚点（13）进行连接，并处于悬空状态，可以满足在Z轴方向的简谐振动；Y轴方向第一质量块（4）和X轴方向第一质量块（5），外形几何尺寸相同，通过质量块连接梁（12）与第一三角质量块（1）相连，并处于悬空状态；Y轴方向第二质量块（6）和X轴方向第二质量块（7），外形几何尺寸相同，通过质量块连接梁（12）与第二三角质量块（2）相连，并处于悬空状态；Y轴方向第一质量块（4）、X轴方向第一质量块（5）、Y轴方向第二质量块（6）和X轴方向第二质量块（7）在其结构中刻蚀出几何尺寸相同的检验梳齿可动结构（8），该检验梳齿可动结构（8）与检验梳齿固定结构（9）形成检测的梳齿电容；框架（14）通过锚点框架连接梁（10）与锚点（13）相连，形成固定位置的悬空结构。2.如权力1要求所述的一种实现抑制共模干扰信号的六质量块MEMS双轴陀螺，其特征在于：检验梳齿固定结构（9）与锚点（13）材料相同，为硅材料，固定在极板衬底上，且厚度相同；Y轴方向第一质量块（4）、X轴方向第一质量块（5）、Y轴方向第二质量块（6）、X轴方向第二质量块（7）、检验梳齿可动结构（8）、锚点质量块弹性梁（11）、质量块连接梁（12）、锚点框架连接梁（10）和边框（14）材料相同，为硅材料，上述结构处于悬空状态，除锚点质量块弹性梁（11）外，其余结构厚度相同；锚点质量块弹性梁（11）通过湿法刻蚀工艺处理，使结构厚度减薄，Z轴方向的刚度减小。3.如权利要求1所述的一种实现抑制共模干扰信号的六质量块MEMS双轴陀螺，其特征在于：通过第一次刻蚀工艺，在一块平整结构的SOI片上将检验梳齿固定结构与锚点的柱状根部支撑部分加工成型，并将刻蚀好的结构与玻璃衬底进行键合；通过干法刻蚀和湿法刻蚀，去除SOI片的衬底层和埋氧层，得到裸露的器件层结构，并在该器件层上制作金属电极层；通过湿法刻蚀去除器件层上多余的金属电极层结构；...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄明财，彭大松，戴志华，王晓东，杜晓强，陈磊，
申请(专利权)人：泉州市云箭测控与感知技术创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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