本发明专利技术公开了一种高精度全解耦三轴MEMS陀螺仪，包括衬底层；驱动单元，与所述衬底层固定连接，用于提供方向相反的推挽式驱动力；驱动检测单元，用于为驱动端提供差分检测输出信号；第一检测单元，用于检测X方向的角速度；第二检测单元，用于检测Y方向的角速度；第三检测单元，用于检测Z方向的角速度，所述第三检测单元受驱动做蝶翼式运动；反馈检测单元，用于提供Z轴检测输出闭环控制信号。本发明专利技术的有益效果是在同一套驱动模式下，实现了对X轴、Y轴、Z轴的全差分角速度测量，陀螺仪芯片尺寸小、器件可靠性、稳定性高，同时提高了陀螺仪的检测灵敏度，并兼顾满足三轴陀螺仪在工作精度上的协调一致问题。协调一致问题。协调一致问题。
【技术实现步骤摘要】
一种高精度全解耦三轴MEMS陀螺仪
[0001]本专利技术涉及MEMS陀螺仪
，特别是一种高精度全解耦三轴MEMS陀螺仪。
技术介绍
[0002]MEMS陀螺仪是测量物体角速度/角度的装置，随着智能化、无人化应用场景的不断深入，市场对载体自身的位置、方位及姿态等运动信息提出了更高的需求，特别是在工业过程及控制、导航过程及控制以及特种军事应用等领域，对高精度三轴MEMS陀螺仪的需求更加迫切。
[0003]在现有技术中，常见的三轴MEMS陀螺仪实现方案是设计三个独立的X轴、Y轴及Z轴陀螺仪结构，这类解决方案每个轴向均需要独立的驱动和检测模块，使芯片整体面积较大，影响器件的可靠性、稳定性，且在实际工作中，存在X轴、Y轴及Z轴角速度检测精度不协调问题，因此限制了其在高精度市场环境的应用。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是为了解决上述问题，设计了一种高精度全解耦三轴MEMS陀螺仪。
[0005]包括衬底层；驱动单元，与所述衬底层固定连接，用于提供方向相反的推挽式驱动力；驱动检测单元，与所述衬底层固定连接，用于为驱动端提供差分检测输出信号；第一检测单元，与所述衬底层固定连接，设置于所述衬底层一侧，用于检测X方向的角速度；第二检测单元，与所述衬底层固定连接，设置于所述衬底层另一侧，用于检测Y方向的角速度；第三检测单元，与所述衬底层固定连接，设置于所述衬底层左右两侧，用于检测Z方向的角速度，所述第三检测单元受驱动做蝶翼式运动；反馈检测单元，与所述衬底层固定连接，设置于所述衬底层左右两侧，用于提供Z轴检测输出闭环控制信号；X方向、Y方向和Z方向两两相互垂直。
[0006]进一步地，还包括驱动双端固支梁，与所述衬底层固定连接；驱动框架，与所述驱动双端固支梁相连接；哥氏质量块组，与所述驱动框架固定连接。
[0007]进一步地，所述哥氏质量块组包括第一哥氏质量块、第二哥氏质量块、第三哥氏质量块和第四哥氏质量块，所述第一哥氏质量块、第二哥氏质量块设置于衬底层一侧，且左右对称分布，所述第三哥氏质量块和第四哥氏质量块设置于衬底层另一侧且上下对称分布。
[0008]进一步地，所述驱动单元与所述驱动双端固支梁固定连接，所述驱动单元包括分别固定于衬底层的两组驱动正电极梳齿对和驱动负电极梳齿对，两组驱动正电极梳齿对和驱动负电极梳齿对分别设置于衬底层左右两侧，其中一组驱动正电极梳齿对与驱动负电极
梳齿对左右对称分布并且与驱动单元，另一组驱动正电极梳齿对与驱动负电极梳齿对上下对称分布。
[0009]进一步地，驱动检测单元，包括分别固定于衬底层的两组驱动检测正电极梳齿对和驱动检测负电极梳齿对，两组驱动检测正电极梳齿对和驱动检测负电极梳齿对分别设置于衬底层左右两侧，其中一组驱动检测正电极梳齿对和驱动检测负电极梳齿对左右对称分布并且与驱动单元上下对称，另一组驱动检测正电极梳齿对和驱动检测负电极梳齿对上下对称分布并且与驱动单元左右对称。
[0010]进一步地，第一检测单元，设置于衬底层一侧，包括X轴检测正电极，其与所述第一哥氏质量块形成变间隙平板电容，所述X轴检测正电极固定于衬底层；X轴检测负电极，其与所述第二哥氏质量块形成变间隙平板电容，所述X轴检测负电极固定于衬底层；所述X轴检测正电极与所述X轴检测负电极左右对称。
[0011]进一步地，第二检测单元，设置于衬底层另一侧，包括Y轴检测正电极，其与所述第三哥氏质量块形成变间隙平板电容，所述Y轴检测正电极固定于衬底层；Y轴检测负电极，其与所述第四哥氏质量块形成的变间隙平板电容，所述Y轴检测负电极固定于衬底层；所述Y轴检测正电极与所述Y轴检测负电极上下对称。
[0012]进一步地，第三检测单元，包括固定于衬底层的Z轴检测正电极梳齿对和Z轴检测负电极梳齿对，所述Z轴检测正电极梳齿对与所述Z轴检测负电极梳齿对分别对应连接的电极构成一组差分电容电极，两个差分电容电极分别设置于衬底层左右两侧，所述Z轴检测正电极梳齿对和Z轴检测负电极梳齿对受驱动做蝶翼式运动。
[0013]进一步地，反馈检测单元，用于提供Z轴检测输出闭环控制信号，包括固定于衬底层的Z轴检测反馈正电极梳齿对和Z轴检测反馈负电极梳齿对，所述Z轴检测反馈正电极梳齿对与所述Z轴检测反馈负电极梳齿对分别对应连接的电极构成一组差分电容电极，检测反馈正电极梳齿对和Z轴检测反馈负电极梳齿对分别设置于衬底层左右两侧。
[0014]利用本专利技术的技术方案制作的一种高精度全解耦三轴MEMS陀螺仪，达到的有益效果：本专利技术通过在面内设计四质量块扭摆式结构，采用全解耦全差分工作方式实现Z轴角速度的检测，同时在面外设计平面电极装置，在Z轴同一套驱动模式下，实现对X轴、Y轴的全差分角速度测量，实现了单芯片结构同时对三个轴向角速率的检测；通过桁架和驱动耦合环形梁、第二驱动耦合环形梁的组合创新设计，实现了左右框架结构的垂直协同运动，对驱动框架实现了模态分离，抑制了器件同相耦合误差；本专利技术三轴MEMS陀螺仪芯片尺寸小，器件可靠性、稳定性高；本专利技术三轴MEMS陀螺仪提高了陀螺仪的检测灵敏度，从而提高了陀螺仪的测量精度；本专利技术结构紧凑芯片面积小，同时提高了陀螺仪的检测灵敏度并兼顾满足三轴陀螺仪在工作精度上的协调一致问题，可以广泛应用于工业、航空、军事等高端领域。
附图说明
[0015]图1是本专利技术所述的一种高精度全解耦三轴MEMS陀螺仪结构示意图；图2是本专利技术所述的一种高精度全解耦三轴MEMS陀螺仪在驱动作用下结构运动示意图；图3是本专利技术对X轴进行测量时的示意图；图4是本专利技术对Y轴进行测量时的示意图；图5是本专利技术对Z轴进行测量时的示意图；图中，1、衬底层；2、第一锚点；3、驱动双端固支梁；4、驱动框架；5、驱动耦合固支梁；6、X轴检测双端固支梁；7、第二锚点；8、驱动负电极梳齿对；9、第三锚点；10、驱动正电极梳齿对；11、第四锚点；12、驱动检测正电极梳齿对；13、第五锚点；14、驱动检测负电极梳齿对；15、哥氏质量块组；16、Z轴检测框架；17、Z轴检测耦合梁；18、Z轴检测框架支点；19、Z轴检测桁架；20、第一驱动耦合环形梁；21、第六锚点；22、Z轴检测负电极梳齿对；23、第七锚点；24、Z轴检测反馈负电极梳齿对；25、第八锚点；26、Z轴检测正电极梳齿对；27、第九锚点；28、Z轴检测反馈正电极梳齿对；29、X轴检测负电极；30、X轴检测正电极；31、Y轴检测负电极；32、Y轴检测正电极；33、第二驱动耦合环形梁；34、驱动桁架；35、驱动桁架支点；36、Y轴检测双端固支梁。
具体实施方式
[0016]下面结合附图对本专利技术进行具体描述，一种高精度全解耦三轴MEMS陀螺仪，如图1所示，包括衬底层1和器件层，衬底层1和器件层均为硅材质。器件层结构通过相应的锚点固定在衬底层1上，器件层包括驱动单元，与所述衬底层1固定连接，用于提供方向相反的推挽式驱动力；驱动检测单元，与所述衬底层1固定连接，用于为驱动端提供差分检测输出信号；第一检测单元，与所述衬底层1固定连接，设置于所述衬底层1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高精度全解耦三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，包括衬底层(1)；驱动单元，与所述衬底层(1)固定连接，用于提供方向相反的推挽式驱动力；驱动检测单元，与所述衬底层(1)固定连接，用于为驱动端提供差分检测输出信号；第一检测单元，与所述衬底层(1)固定连接，设置于所述衬底层(1)一侧，用于检测X方向的角速度；第二检测单元，与所述衬底层(1)固定连接，设置于所述衬底层(1)另一侧，用于检测Y方向的角速度；第三检测单元，与所述衬底层(1)固定连接，设置于所述衬底层(1)左右两侧，用于检测Z方向的角速度，所述第三检测单元受驱动做蝶翼式运动；反馈检测单元，与所述衬底层(1)固定连接，设置于所述衬底层(1)左右两侧，用于提供Z轴检测输出闭环控制信号；X方向、Y方向和Z方向两两相互垂直；哥氏质量块组(15)，包括第一哥氏质量块、第二哥氏质量块、第三哥氏质量块和第四哥氏质量块，所述第一哥氏质量块、第二哥氏质量块设置于衬底层(1)一侧，且左右对称分布，所述第三哥氏质量块和第四哥氏质量块设置于衬底层(1)另一侧且上下对称分布。2.根据权利要求1所述的一种高精度全解耦三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，还包括驱动双端固支梁(3)，与所述衬底层(1)固定连接；驱动框架(4)，与所述驱动双端固支梁(3)相连接；哥氏质量块组(15)，与所述驱动框架(4)固定连接。3.根据权利要求2所述的一种高精度全解耦三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，所述驱动单元与所述驱动双端固支梁(3)固定连接，所述驱动单元包括分别固定于衬底层(1)的两组驱动正电极梳齿对(10)和驱动负电极梳齿对(8)，两组驱动正电极梳齿对(10)和驱动负电极梳齿对(8)分别设置于衬底层(1)左右两侧，其中一组驱动正电极梳齿对(10) 与驱动负电极梳齿对(8)左右对称分布并且与驱动单元，另一组驱动正电极梳齿对(10)与驱动负电极梳齿对(8)上下对称分布。4.根据权利要求3所述的一种高精度全解耦三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，所述驱动检测单元包括分别固定于衬底层(1)的两组驱动检测正电极梳齿对(12)和驱动检测负电极梳齿对(14)，两组驱动检测正电极梳齿对(12)和驱动检测负电极梳齿对(14)分别...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷龙海，陈东华，
申请(专利权)人：华芯拓远天津科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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