一种Z轴MEMS电容式陀螺仪制造技术

本发明专利技术公开了一种Z轴MEMS电容式陀螺仪，包括母质量块，子质量块，驱动电容组，检测电容组，敏感电容组，基底，中央耦合结构，杠杆，锚点以及弹性梁，驱动、检测电容组的固定梳齿固定在基底上，可动梳齿与母质量块连接；敏感电容组的固定梳齿固定在基底上，可动梳齿通过弹性梁分别与子质量块和杠杆连接；母质量块通过弹性梁连接至锚点，子质量块通过弹性梁与中央耦合结构相连；中央耦合结构通过弹性梁与杠杆相连；杠杆通过弹性梁固定在锚点上。本发明专利技术涉及的Z轴MEMS电容式陀螺仪具有体积小，低成本，高精度，抗震性好，集成性好的特点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种Z轴MEMS电容式陀螺仪，包括母质量块，子质量块，驱动电容组，检测电容组，敏感电容组，基底，中央耦合结构，杠杆，锚点以及弹性梁，驱动、检测电容组的固定梳齿固定在基底上，可动梳齿与母质量块连接；敏感电容组的固定梳齿固定在基底上，可动梳齿通过弹性梁分别与子质量块和杠杆连接；母质量块通过弹性梁连接至锚点，子质量块通过弹性梁与中央耦合结构相连；中央耦合结构通过弹性梁与杠杆相连；杠杆通过弹性梁固定在锚点上。本专利技术涉及的Z轴MEMS电容式陀螺仪具有体积小，低成本，高精度，抗震性好，集成性好的特点。【专利说明】一种Z轴MEMS电容式陀螺仪
本专利技术涉及陀螺仪，尤其涉及一种Z轴MEMS电容式陀螺仪。
技术介绍
MEMS (MEMS-Micro Electro-Mechanical System 微机电系统)陀螺仪具有体积小、成本低、集成性好的优势，因此得到越来越广泛的应用，如应用在移动终端、相机防抖、游戏手柄、玩具飞机、导航等产品中。MEMS陀螺仪基于哥氏力来实现角速度信号的检测，具有驱动和敏感两大部分。其中，驱动回路使质量块以一定的频率实现简谐振动，当与质量块运动方向垂直的方向上有角速度输入时，哥氏力会在与质量块运动方向和输入角速度方向垂直的方向产生，从而带动敏感端产生敏感信号，通过该敏感信号来检测输入的角速度。现有技术中检测角速度的方案有:( I)传统光纤陀螺仪，该方案的缺点是相对于MEMS陀螺仪而言，传统光纤陀螺仪体积大，成本高，不适用于消费电子。(2) MEMS压电陀螺仪，该方案的缺点是灵敏度相对电容式陀螺仪较低，加工工艺/材料成本较高，常见的使用PZT (锆钛酸铅)作为压电材料，此类压电陶瓷加工技术门槛较高，主要由日本掌握。(3)现有的MEMS电容式陀螺仪，常规方案的缺点是结构较复杂，抗震性差，驱动/敏感模态之间存在耦合导致信号互相干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种Z轴MEMS电容式陀螺仪，以解决现有技术中陀螺仪存在的问题，本专利技术所涉及的陀螺仪具有体积小，低成本，高精度，抗震性好，集成性好的特点，特别适合用在如移动终端、相机防抖、游戏手柄、玩具飞机、导航等产品中。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种Z轴MEMS电容式陀螺仪，包括基底，一对母质量块，至少一对驱动电容组，至少一对敏感电容组，中央耦合结构，一对杠杆以及锚点，其中所述每个母质量块包括两个子质量块；所述母质量块通过弹性梁在与该母质量块相对应的锚点处连接于基底；所述至少一对驱动电容组，用于形成驱动电极，接收外围电路提供的驱动信号，使所述该对母质量块沿同一轴向做相反方向的运动；所述中央耦合结构，通过弹性梁耦接于两母质量块之间，用于保证所述两母质量块以相同的频率沿同一轴向做相反方向的运动；所述杠杆，分别耦接于中央耦合结构和敏感电容之间，并通过弹性梁在与该杠杆相对应的锚点处连接于基底；所述杠杆、中央耦合结构和母质量块被配置为，在无施加垂直于所述母质量块运动方向的角速度时，保持所述敏感电容组的可动梳齿不动，从而不提供用于测定外加角速度值的敏感信号；在施加垂直于所述母质量块运动方向的角速度时，限制连接于所述敏感电容组的可动梳齿的子质量块的同向运动，从而避免了可能存在的线性加速度对测量结果的干扰，提供用于测定外加角速度值的高精度的敏感信号。本专利技术的该方案的有益效果在于通过上述设计得到的陀螺仪具有体积小，低成本，抗震性好，集成性好的特点。优选的是，所述中央耦合结构，形成于基底上，包括两对端点，其一对端点分别连接至与该端点相对应的杠杆；所述该对母质量块的一侧锚接至与其相对应的锚点，另一侧连接至中央耦合结构的另一对端点上，所述每个母质量块中的两个子质量块相连接，所述该对母质量块与其相对应的锚点之间还设置了所述至少一对驱动电容组；所述至少一对驱动电容组包括固定梳齿和可动梳齿，其中固定梳齿固定在所述基底上，其可动梳齿分别连接至与之对应的母质量块靠近锚点的侧壁，所述每个驱动电容组的固定梳齿作为驱动电极接收外围电路提供的驱动信号；所述该对杠杆，分别锚接至与其相对应的锚点，并且分别连接至与之相对应的所述至少一对敏感电容组的可动梳齿；所述至少一对敏感电容组包括固定梳齿和可动梳齿，其中固定梳齿固定在所述基底上，其可动梳齿还分别连接至与之对应的子质量块，所述敏感电容组的固定梳齿作为敏感电极提供用于测定外加角速度值的敏感信号。优选的是，所述陀螺仪的结构完全对称。优选的是，所述陀螺仪还包括至少一对检测电容组，所述检测电容组包括固定梳齿和可动梳齿，其中固定梳齿固定在所述基底上，其可动梳齿分别连接至与之对应的母质量块靠近锚点的侧壁，所述检测电容组的固定梳齿作为检测电极将检测电容组的电容变化信号反馈给驱动电极。优选的是，所述电容组包括两对敏感电容组，所述两对敏感电容组对称设置，在所述敏感电容组的固定梳齿中，处于对角线位置的固定梳齿相连接形成一对敏感电极。优选的是，所述中央耦合结构与所述母质量块、所述杠杆之间，所述母质量块与所述锚点之间，所述母质量块中的两个子质量块之间，所述敏感电容组与所述子质量块、所述杠杆之间，所述杠杆与所述锚点之间，分别通过弹性梁连接。优选的是，所述母质量块和与之对应的锚点之间的弹性梁设计为在y轴方向具有较大刚度；所述母质量块与所述中央耦合结构之间的弹性梁设计为在X轴方向具有较大刚度；所述母质量块中的两个子质量块之间的弹性梁设计为在X轴方向具有较大刚度；所述子质量块和与之对应的敏感电容组之间的弹性梁设计为在y轴方向具有较大刚度；所述中央耦合结构和所述杠杆之间的弹性梁设计为在X轴方向具有较大刚度，所述杠杆和与之对应的锚点之间的弹性梁设计为在y轴方向具有较大刚度。优选的是，所述中央耦合结构是中央菱形耦合结构。优选的是，所述中央菱形耦合结构与母质量块相连的一对端点在y轴方向设计为刚度较大。优选的是，所述锚点设置于电容式陀螺仪的四周。【专利附图】【附图说明】图1示出了本专利技术所涉及的陀螺仪的结构图。图2示出了驱动模态下本专利技术所涉及的陀螺仪的局部视图。【具体实施方式】下面将结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步的说明。如图1所示，依照本专利技术的【具体实施方式】的电容式陀螺仪包括基底D，一对驱动电容组Cll和C12，一对检测电容组C21和C22，两对敏感电容组C31，C32，C33和C34，两个母质量块Ml和M2，中央菱形耦合结构A，杠杆BI和B2，分布于整个结构四周的锚点1_6，以及起到连接作用的弹性梁。其中第一母质量块Ml包括第一子质量块mil和第三子质量m21 ；第二母质量块M2包括第二子质量块ml2和第四子质量块m22，并且第一子质量块mil和第二子质量块ml2完全一样,第三子质量m21和第四子质量块m22完全一样。定义以中央菱形耦合结构A的中心点为原点的笛卡尔坐标系的X轴的正向指向右侧，y轴的正向指向上侧，z轴的正向指向X，y平面的外侧。本专利技术所涉及的陀螺仪的结构沿X轴和y轴完全对称。所述驱动电容组Cll和C12分别设置在第一母质量块Ml和第二母质量块M2的左侧和右侧，其中所述驱动电容组Cll和C12的固定梳齿固定在基底D上，所述驱动电容组Cll和C12的可动梳齿分别与第一母质量块Ml和第二母质量块M2的左侧壁、右侧壁相连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Z轴MEMS电容式陀螺仪，其特征在于：包括基底，一对母质量块，至少一对驱动电容组，至少一对敏感电容组，中央耦合结构，一对杠杆以及锚点，其中所述每个母质量块包括两个子质量块；所述母质量块通过弹性梁在与该母质量块相对应的锚点处连接于基底；所述至少一对驱动电容组，用于形成驱动电极，接收外围电路提供的驱动信号，使所述该对母质量块沿同一轴向做相反方向的运动；所述中央耦合结构，通过弹性梁耦接于两母质量块之间，用于保证所述两母质量块以相同的频率沿同一轴向做相反方向的运动；所述杠杆，分别耦接于中央耦合结构和敏感电容之间，并通过弹性梁在与该杠杆相对应的锚点处连接于基底；所述杠杆、中央耦合结构和母质量块被配置为，在无施加垂直于所述母质量块运动方向的角速度时，保持所述敏感电容组的可动梳齿不动，从而不提供用于测定外加角速度值的敏感信号；在施加垂直于所述母质量块运动方向的角速度时，限制连接于所述敏感电容组的可动梳齿的子质量块的同向运动，从而提供用于测定外加角速度值的敏感信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭梅寒，邹波，
申请(专利权)人：深迪半导体上海有限公司，
类型：发明
国别省市：