MEMS陀螺仪制造技术

本发明专利技术公开了MEMS陀螺仪，其包括锚点；谐振器，包括等间距间隔设置的八个谐振块以及连接相邻两个谐振块的耦合梁，谐振块通过锚接梁连接于锚点，耦合梁包括第一耦合梁和第二耦合梁，锚接梁可解耦谐振块的径向运动和周向运动，八个谐振块分为一对第一谐振块、一对第二谐振块、一对第三谐振块以及一对第四谐振块；换能器，与谐振器电场耦合；工作模态包括振动模态和检测模态，振动模态下，换能器驱动一对第一谐振块沿第一轴振动以及一对第二谐振块沿第二轴振动，并带动一对第三谐振块沿第四轴振动以及一对第四谐振块沿第三轴振动；检测模态下，换能器用于检测一对第三谐振块沿第三轴的振动和一对第四谐振块沿第四轴的振动。的振动和一对第四谐振块沿第四轴的振动。的振动和一对第四谐振块沿第四轴的振动。

【技术实现步骤摘要】
MEMS陀螺仪


[0001]本专利技术涉及陀螺仪
，尤其涉及一种MEMS陀螺仪。

技术介绍

[0002]MEMS陀螺仪是应用微机械加工技术与微电子工艺制作的一种微型角速度传感器。MEMS陀螺仪的典型结构有音叉式、环式、嵌套环式、圆盘、半球陀螺等。其中，环式MEMS陀螺仪具有高度对称性的驱动、检测模态，其通过检测模态的能量计算角速度输入的大小。然而，相关技术中的环式MEMS陀螺仪由于受驱动/检测电容和有效振动质量的限制，其在驱动/检测灵敏度上依然存在不足。
[0003]因而，有必要提供一种新的MEMS陀螺仪以解决上述的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的公开一种MEMS陀螺仪，该MEMS陀螺仪不仅可以提高驱动/检测灵敏度，而且可以有效降低空气阻尼、降低机械噪声以及有效降低工艺误差引入的频差和正交误差。
[0005]本专利技术的目的采用如下技术方案实现：
[0006]一种MEMS陀螺仪，其包括：
[0007]锚点；
[0008]谐振器，包括呈环状分布并沿所述锚点的周向等间距间隔设置的八个谐振块以及连接相邻两个所述谐振块的耦合梁，所述谐振块通过锚接梁连接于所述锚点，所述耦合梁包括沿所述锚点的径向间隔设置并均可弹性形变的第一耦合梁和第二耦合梁，其中，所述锚接梁在工作模态下可扭摆以使得所述谐振块的径向运动和周向运动解耦，八个所述谐振块分为沿第一轴间隔设置的一对第一谐振块、沿第二轴间隔设置的一对第二谐振块、沿第三轴间隔设置的一对第三谐振块以及沿第四轴间隔设置的一对第四谐振块，所述第一轴与所述第二轴垂直，所述第三轴与所述第四轴垂直，所述第一轴与所述第三轴呈45度或135度的夹角；
[0009]换能器，与所述谐振器电场耦合；
[0010]其中，工作模态包括振动模态和检测模态，振动模态下，所述换能器驱动一对所述第一谐振块沿所述第一轴振动以及一对所述第二谐振块沿所述第二轴振动，并带动一对所述第三谐振块沿所述第四轴振动以及一对所述第四谐振块沿所述第三轴振动；检测模态下，所述换能器用于检测一对所述第三谐振块沿所述第三轴的振动和一对所述第四谐振块沿所述第四轴的振动。
[0011]优选地，所述换能器包括八个外电极，所述外电极一一对应地设于所述谐振块远离所述锚点的一侧，其中，对应所述第一谐振块设置的所述外电极与对应所述第二谐振块设置的所述外电极具有相反的电位；对应所述第三谐振块设置的所述外电极与对应所述第四谐振块设置的所述外电极具有相反的电位。
[0012]优选地，所述换能器包括8N个内电极，所述谐振块沿所述锚点的轴向上贯穿设有N个插孔，所述内电极一一对应地插入所述插孔内，其中，对应所述第一谐振块设置的所述内电极与对应所述第二谐振块设置的所述内电极具有相反的电位；对应所述第三谐振块设置的所述内电极与对应所述第四谐振块设置的所述内电极具有相反的电位；N为正整数，且当N大于1时，每一所述谐振块上的N个所述插孔沿所述锚点的径向间隔设置。
[0013]优选地，所述内电极包括沿所述锚点的径向方向间隔设置的第一电极和第二电极，所述第一内电极和所述第二内电极具有相反的电位。
[0014]优选地，所述换能器包括八个外电极和8N个内电极，所述外电极一一对应地设于所述谐振块远离所述锚点的一侧，所述谐振块沿所述锚点的轴向上贯穿设有N个插孔，所述内电极一一对应地插入所述插孔内，其中，对应每一所述谐振块设置的所述外电极和所述内电极具有相反的电位；对应所述第一谐振块设置的所述外电极与对应所述第二谐振块设置的所述外电极具有相反的电位；对应所述第三谐振块设置的所述外电极与对应所述第四谐振块设置的所述外电极具有相反的电位；N为正整数，且当N大于1时，每一所述谐振块上的N个所述插孔沿所述锚点的径向间隔设置。
[0015]优选地，所述锚点呈正八边形，每一所述谐振块通过所述锚接梁连接于所述锚点的每一侧边上。
[0016]优选地，所述第一耦合梁连接于所述谐振块远离所述锚点的一端，所述第二耦合梁连接于所述谐振块靠近所述锚点的一端。
[0017]优选地，所述第一耦合梁和所述第二耦合梁均具有开口朝向所述锚点的折角，所述第一耦合梁和所述第二耦合梁均关于所述折角的角平分线对称。
[0018]本专利技术的实施例相对于相关技术而言，具有以下特点：
[0019]1、相较于传统四谐振块的音叉陀螺，本申请采用全对称设计，整体运动模态呈现类disc连续波动状态，可有效降低工艺误差引入的频差及正交误差；
[0020]2、相较于传统
‑
disc陀螺(传统
‑
disc陀螺各环之间细小的间距使得空气阻尼影响较大)，本申请采用大质量的谐振块运动，可有效减小空气阻尼，从而提高Q值，增大灵敏度；另外，较大的运动质量，可有效减小MEMs机械噪声；
[0021]3、相较于传统
‑
disc陀螺(传统
‑
disc陀螺的外环位移最大，内环位移逐渐减小，且电极布置在外侧)，本申请的谐振块呈整体平动状态，谐振块内部、外侧均可布置换能器，增加了换能器布置面积，可降低驱动电压，同时提升灵敏度；
[0022]3、相较于传统带有解耦结构的谐振块设计(传统带有解耦结构的谐振块设计的哥氏增益不大于0.5)，本申请振动/检测模态下，检测/振动谐振块平动，实现谐振块振动/检测方向运动解耦，且每个谐振块均参与哥氏运动，可较大幅度提升哥氏增益(本申请的哥氏增益>0.7)，从而提高灵敏度。
【附图说明】
[0023]图1为本专利技术提供的MEMS陀螺仪实施例一的剖视图；
[0024]图2为图1所示MEMS陀螺仪的结构示意图；
[0025]图3为图1所示MEMS陀螺仪角速度检测原理图；
[0026]图4为本专利技术提供的MEMS陀螺仪实施例二的结构示意图；
[0027]图5为图4所示MEMS陀螺仪中部分结构的结构示意图。
【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]需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0030]还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。
[0031]另外，在本专利技术中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS陀螺仪，其特征在于，其包括：锚点；谐振器，包括呈环状分布并沿所述锚点的周向等间距间隔设置的八个谐振块以及连接相邻两个所述谐振块的耦合梁，所述谐振块通过锚接梁连接于所述锚点，所述耦合梁包括沿所述锚点的径向间隔设置并均可弹性形变的第一耦合梁和第二耦合梁，其中，所述锚接梁在工作模态下可扭摆以使得所述谐振块的径向运动和周向运动解耦，八个所述谐振块分为沿第一轴间隔设置的一对第一谐振块、沿第二轴间隔设置的一对第二谐振块、沿第三轴间隔设置的一对第三谐振块以及沿第四轴间隔设置的一对第四谐振块，所述第一轴与所述第二轴垂直，所述第三轴与所述第四轴垂直，所述第一轴与所述第三轴呈45度或135度的夹角；换能器，与所述谐振器电场耦合；其中，工作模态包括振动模态和检测模态，振动模态下，所述换能器驱动一对所述第一谐振块沿所述第一轴振动以及一对所述第二谐振块沿所述第二轴振动，并带动一对所述第三谐振块沿所述第四轴振动以及一对所述第四谐振块沿所述第三轴振动；检测模态下，所述换能器用于检测一对所述第三谐振块沿所述第三轴的振动和一对所述第四谐振块沿所述第四轴的振动。2.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述换能器包括八个外电极，所述外电极一一对应地设于所述谐振块远离所述锚点的一侧，其中，对应所述第一谐振块设置的所述外电极与对应所述第二谐振块设置的所述外电极具有相反的电位；对应所述第三谐振块设置的所述外电极与对应所述第四谐振块设置的所述外电极具有相反的电位。3.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述换能器包括8N个内电极，所述谐振块沿所述锚点的轴向上贯穿设有N个插孔，所述内电极一一对应地插入所述插孔内，其中，对应所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨珊，占瞻，严世涛，马昭，阚枭，彭宏韬，洪燕，黎家健，陈秋玉，
申请(专利权)人：瑞声开泰科技武汉有限公司，
类型：发明
国别省市：