[发明专利]微机械单振子三轴陀螺仪

权利要求书

1.一种微机械单振子三轴陀螺仪，包括一个在x轴和y轴对称的环形振子(1)、多个支撑梁(3)和一个万向节(2)，所述万向节(2)设置于所述振子(1)中心，通过所述多个支撑梁(3)连接所述振子(1)和所述万向节(2)，所述振子(1)可在所述x轴和所述y轴上进行弹性振动，在所述振子(1)表面上设置有多个振子电极V_dc(12)，在所述振子电极V_dc(12)上方排布多个固定电极(4、5、6、7、8、9、10、11)，所述振子电极V_dc(12)与其上方排布的所述多个固定电极(4、5、6、7、8、9、10、11)一一对应，所述多个固定电极(4、5、6、7、8、9、10、11)中部分是驱动电极(4、5、6、7)，部分是检测电极(8、9、10、11)，所述驱动电极(4、5、6、7)和所述检测电极(8、9、10、11)相互交替分布，所述检测电极(8、9、10、11)用于检测振子(1)在所述x轴、所述y轴和z轴的角速度，所述驱动电极(4、5、6、7)驱动所述振子(1)在所述x轴和所述y轴作一定频率的定频振动，所述振子(1)在所述x轴和所述y轴所作振动的振幅恒定，所述振子(1)在所述x轴和所述y轴所作振动的振动频率不同；所述驱动电极包括四个驱动电极V_x+(4)、V_x-(5)、V_y+(6)、V_y-(7)，驱动电极V_x+(4)、V_x-(5)和振子(1)构成一个x轴角振动谐振器，驱动电极V_y+(6)、V_y-(7)和振子(1)构成一个y轴角振动谐振器；所述检测电极包括四个检测电极V_zx+(8)、V_zx-(9)、V_zy+(10)、V_zy-(11)；

还包括驱动模块，所述驱动模块包括两个独立的驱动环路，其中，x轴驱动环路是包括x轴角振动谐振器(xResonator)、跨阻放大器(TIA)、带通滤波器(BPF)、自动增益控制模块(AGC)的闭环，y轴驱动环路是包括y轴角振动谐振器(yResonator)、跨阻放大器(TIA)、带通滤波器(BPF)、自动增益控制模块(AGC)的闭环；所述驱动模块连接所述驱动电极V_x+(4)、V_x-(5)、V_y+(6)、V_y-(7)和所述振子(1)，驱动模块驱动所述振子(1)振动时，产生由所述振子(1)在z轴角速度变化引起的输出量Zout以及驱动谐振频率，所述检测电极V_zx+(8)、V_zx-(9)、V_zy+(10)、V_zy-(11)和所述振子电极V_dc(12)之间的电容产生相应的电容变化量ΔCzx+、ΔCzx-、ΔCzy+、ΔCzy-；所述输出量Zout为所述y轴驱动环路中带通滤波器(BPF)前的输出，用于检测z轴角速度；

还包括检测模块，所述电容变化量ΔCzx+、ΔCzx-、ΔCzy+、ΔCzy-、所述输出量Zout和所述驱动谐振频率，经过检测模块处理后得到三轴角速度。

2.如权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于：所述振子(1)为圆环形或多边环形。

3.如权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于：所述支撑梁(3)为四根。

4.如权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于：所述检测电极(8、9、10、11)为栅型电极。

5.如权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于：所述振子(1)在所述x轴和所述y轴所作振动的振幅相同或不同。

6.如权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于：所述自动增益控制模块(AGC)由整流器(Rectifier)、低通滤波器(LPF)、比例积分控制器(PI Controller)组成。

7.如权利要求6所述的陀螺仪，其特征在于：所述振子(1)在所述x轴的所述定频振动通过所述自动增益控制模块(AGC)来锁定所述振幅。