本发明专利技术提供了一种全解耦MEMS陀螺，包括锚点单元、弹性连接于锚点单元的传感单元以及驱动传感单元运动的驱动单元；锚点单元包括位于一矩形中心位置的中心锚点子单元以及四个分别位于中心锚点子单元与矩形四个角之间的侧锚点；驱动单元包括四个分别位于矩形四条边处的驱动件，相邻驱动件之间形成让位间隔，各侧锚点分别位于各让位间隔内；传感单元包括两个对称设置于两个相对的让位间隔内的X质量块、两个对称设置于另外两个相对的让位间隔内的Y质量块、四个分别位于各驱动件外侧的Z质量块、以及四个分别位于各Z质量块外侧的Z检测解耦件，X质量块和Y质量块分别与各侧锚点相连。本发明专利技术的陀螺为差分驱动，能够实现差分检测，降低正交误差。低正交误差。低正交误差。
【技术实现步骤摘要】
一种全解耦三轴MEMS陀螺
[0001]本专利技术涉及MEMS传感器
，更具体地，涉及一种全解耦三轴MEMS陀螺。
技术介绍
[0002]微机械陀螺仪，也称MEMS(Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System)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。
[0003]MEMS面外摆动陀螺是MEMS面外检测陀螺仪中的典型代表。MEMS摆动陀螺仪的驱动模态绕垂直质量块的轴摆动。当施加角速度Ω时，由于哥氏效应，陀螺仪将能量传递到敏感模态，使振动盘在相对驱动下在面外摆动，通过检测面外摆动的位移即可获取Ω大小。
[0004]现有技术中的三轴MEMS陀螺仪往往存在陀螺质量结构弱耦合的问题，导致三个轴的检测模态相互耦合，误差会进行叠加，造成陀螺仪误差过大。
[0005]为了克服现有技术的以上缺陷，需要开发一种全解耦三轴MEMS陀螺，实现XYZ三轴独立检测，且三轴均能实现差分检测，有效免疫加速度冲击与正交误差的影响。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种全解耦三轴陀螺，以解决现有技术中陀螺质量结构之间弱耦合、陀螺误差大的问题。
[0007]本专利技术的技术方案如下：包括锚点单元、弹性连接于所述锚点单元的传感单元、以及与所述传感单元耦合并驱动所述传感单元运动的驱动单元，其特征在于，
[0008]所述基底包括位于一矩形中心位置的耦合锚点以及弹性连接于所述耦合锚点的耦合结构；
[0009]所述锚点单元包括位于一矩形中心位置的中心锚点子单元，以及四个分别位于所述中心锚点子单元与所述矩形四个角之间并与所述中心锚点子单元间隔设置的侧锚点；
[0010]所述驱动单元包括四个分别位于所述矩形四条边处的驱动件，四个所述驱动件绕所述矩形的中心环形排布且对称设置，且每个所述驱动件靠近所述矩形中心的一端均与所述中心锚点子单元弹性连接；相邻的所述驱动件之间形成让位间隔，四个所述侧锚点分别位于各所述让位间隔内；
[0011]所述传感单元包括两个对称设置于两个相对的所述让位间隔内且弹性连接于对应的两所述驱动件的X质量块、两个对称设置于另外两个相对的所述让位间隔内且弹性连接于对应的两所述驱动件的Y质量块、四个分别位于各所述驱动件外侧并与相邻的所述驱动件弹性连接的Z质量块、以及四个分别位于各所述Z质量块外侧并与相邻的所述Z质量块弹性连接的Z检测解耦件，相邻的所述Z检测解耦件弹性连接；所述X质量块和Y质量块靠近所述矩形中心的一端均与所述中心锚点子单元弹性连接，所述X质量块和Y质量块的中部分别与对应的所述侧锚点弹性连接。
[0012]优选的，所述中心锚点子单元包括位于所述矩形中心的中心锚点、环绕并弹性连接于所述中心锚点的耦合结构、以及四个绕所述耦合结构环形排布并均与所述耦合结构间
隔设置的第一锚点；所述耦合结构包括套设在所述中心锚点外的内耦合环、以及套设在所述内耦合环外的外耦合环，所述内耦合环内侧顺着所述矩形一条中心线方向延伸形成连接于所述中心锚点的两个内耦合梁，所述外耦合环内侧顺着垂直于所述两个内耦合梁所在直线方向延伸形成连接于所述内耦合环的两个外耦合梁。
[0013]优选的，四个所述第一锚点分别位于各所述驱动件内侧，所述驱动件靠近所述第一锚点一端的外壁向外延伸成有第一连接梁连接于所述第一锚点。
[0014]优选的，所述外耦合环外侧靠近各所述X质量块和Y质量块处分别朝向对应的所述X质量块和Y质量块方向延伸形成第二柔性梁，所述第二柔性梁的远离所述外耦合环端分别连接于对应的所述X质量块和Y质量块。
[0015]优选的，四个所述侧锚点分别位于对应的所述X质量块和Y质量块的中部位置处，所述X质量块和Y质量块在对应的所述侧锚点处开设第一连接缝隙，所述X质量块和Y质量块分别在所述第一连接缝隙内延伸形成连接于对应的所述侧锚点的第一柔性梁，所述第一柔性梁朝所述第一连接缝隙的长度方向弯折。
[0016]优选的，所述驱动件两侧的外壁分别朝向所述X质量块和Y质量块延伸形成有第三柔性梁连接于所述X质量块或Y质量块。
[0017]优选的，所述驱动件靠近对应的所述Z质量块一端的外壁两侧朝向所述Z质量块延伸成第一导向梁，所述第一导向梁的远离驱动件端连接于所述Z质量块。
[0018]优选的，所述锚点单元还包括四个分别设置于各所述Z质量块和对应的驱动件之间的第二锚点，所述驱动件靠近所述Z质量块一端的外壁向外延伸形成有第二连接梁连接于所述第二锚点。
[0019]优选的，所述Z检测解耦件靠近所述Z质量块一端的外壁向外延伸形成有第三连接梁连接于所述Z质量块；所述锚点单元还包括分别位于各所述Z检测解耦件两端的解耦件锚点，所述Z检测解耦件两侧向外延伸出具有弯折部且连接于解耦件锚点的第二导向梁。
[0020]优选的，所述锚点单元还包括分别位于相邻的每两个所述Z检测解耦件之间的角部锚点，相邻的两个所述Z检测解耦件延伸出连接于位于两者之间的所述角部锚点的第四柔性梁。
[0021]优选的，所述驱动件和所述Z检测解耦件均为框架结构，所述全解耦三轴MEMS陀螺还包括嵌置在驱动件的框架结构内部的面内驱动换能器，以及嵌置在Z检测解耦件的框架结构内部的面内Z检测换能器；所述全解耦三轴MEMS陀螺还包括与所述X质量块间隔设置的面外X检测换能器，以及与所述Y质量块间隔设置的面外Y检测换能器。
[0022]本专利技术的原理在于：
[0023]在驱动模态下：
[0024]四个驱动件面内沿45
°
方向远离轴心运动，或面内沿135
°
方向靠近轴心运动，且四个驱动件的运动方向形成差分形式；驱动件驱动四个Z质量块相应地面内沿45
°
方向远离轴心运动，或面内沿135
°
方向靠近轴心运动，且四个Z质量块的运动方向形成差分形式；同时驱动件驱动X质量块面内绕侧锚点沿90
°
切线方向转动，并驱动Y质量块面内绕侧锚点沿0
°
切线方向转动，且两个X质量块和两个Y质量块的运动方向分别形成差分模式。
[0025]在检测模态下：
[0026]X质量块响应面内沿X轴(0
°
)方向的角速度ω，根据哥氏原理，角速度ω将产生沿Z
轴(正交于面内)方向的哥氏力，而哥氏力会迫使陀螺产生以X轴检测模态振型的振动，使X质量块面外翻转。最终，通过检测X质量块沿Z轴方向的振动位移，可获取角速度ω大小。对于X质量块而言，两个X质量块在检测模态下运动方向相反，形成差分检测，同时每个X质量块在侧锚点内外两侧的部分在检测模态下运动方向相反，形成差分检测。
[0027]Y质量块响应面内沿Y轴(90
°
)方向的角速度ω，根据哥氏原理，角速度ω将产生沿Z轴(正交于面内)方向的哥氏力，而哥氏力会迫使陀螺产生以Y轴检测模态振型的振动，使Y质量块面外翻转。最终，通过检测Y本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种全解耦三轴MEMS陀螺，包括锚点单元、弹性连接于所述锚点单元的传感单元、以及与所述传感单元耦合并驱动所述传感单元运动的驱动单元，其特征在于，所述锚点单元包括位于一矩形中心位置的中心锚点子单元，以及四个分别位于所述中心锚点子单元与所述矩形四个角之间并与所述中心锚点子单元间隔设置的侧锚点；所述驱动单元包括四个分别位于所述矩形四条边处的驱动件，四个所述驱动件绕所述矩形的中心环形排布且对称设置，且每个所述驱动件靠近所述矩形中心的一端均与所述中心锚点子单元弹性连接；相邻的所述驱动件之间形成让位间隔，四个所述侧锚点分别位于各所述让位间隔内；所述传感单元包括两个对称设置于两个相对的所述让位间隔内且弹性连接于对应的两所述驱动件的X质量块、两个对称设置于另外两个相对的所述让位间隔内且弹性连接于对应的两所述驱动件的Y质量块、四个分别位于各所述驱动件外侧并与相邻的所述驱动件弹性连接的Z质量块、以及四个分别位于各所述Z质量块外侧并与相邻的所述Z质量块弹性连接的Z检测解耦件，相邻的所述Z检测解耦件弹性连接；所述X质量块和Y质量块靠近所述矩形中心的一端均与所述中心锚点子单元弹性连接，所述X质量块和Y质量块的中部分别与对应的所述侧锚点弹性连接。2.根据权利要求1所述的全解耦三轴MEMS陀螺，其特征在于：所述中心锚点子单元包括位于所述矩形中心的中心锚点、环绕并弹性连接于所述中心锚点的耦合结构、以及四个绕所述耦合结构环形排布并均与所述耦合结构间隔设置的第一锚点；所述耦合结构包括套设在所述中心锚点外的内耦合环、以及套设在所述内耦合环外的外耦合环，所述内耦合环内侧顺着所述矩形一条中心线方向延伸形成连接于所述中心锚点的两个内耦合梁，所述外耦合环内侧顺着垂直于所述两个内耦合梁所在直线方向延伸形成连接于所述内耦合环的两个外耦合梁；四个所述第一锚点分别位于各所述驱动件内侧，所述驱动件靠近所述第一锚点一端的外壁向外延伸成有第一连接梁连接于所述第一锚点。3.根据权利要求2所述的全解耦三轴MEMS陀螺，其特征在于：所述外耦合环外侧靠近各所述X质量块和Y质量块处分别朝向对应的所述X质量块和Y质量块方向延伸形成第二柔性梁，所述第二柔性...
【专利技术属性】
技术研发人员：马昭，严世涛，占瞻，阚枭，杨珊，彭宏韬，李杨，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：
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