[发明专利]一种三轴MEMS陀螺仪

说明书

本发明公开了一种三轴MEMS陀螺仪，包括基底，第一检测部，用于检测绕X方向的角速度；第二检测部和第三检测部，对称设置在第一检测部的两侧，分别和第一检测部相连，并被设置为能够提供方向相反的驱动力，以及能用于检测绕Y方向和绕Z方向的角速度；其中，X方向垂直于Y方向，Z方向垂直于X方向和Y方向；悬挂装置，设置在第一检测部、第二检测部和第三检测部外侧，悬挂装置和第二检测部及第三检测部相连，并和支撑装置相连，实现悬挂装置的悬挂；和支撑装置，固定设置在基底上。本发明的三轴MEMS陀螺仪结构简单、紧凑、输出信号强。

技术领域

本发明涉及MEMS传感器领域，尤其涉及一种MEMS陀螺仪。

背景技术

MEMS(Micro-Electro-Mechanical-Systems，微机电系统)技术是由传统半导体加工技术发展而来，利用半导体加工方式实现微机械结构、系统的制作，以实现特定的功能，其最小典型尺寸一般为微米级。MEMS技术的应用使得相关器件易于批量化生产，成本大幅降低，市场应用得以普及，同时也降低了功耗，提高了可靠性，进而又进一步推动了MEMS技术的发展。与传统半导体加工方式不同，MEMS加工过程有可能会用到深硅刻蚀，例如刻蚀深度可能会达到100-300um，需要对垂直度有精确的控制。很多MEMS器件还需要真空键合技术，以提高Q值，及对内部结构进行保护，例如MEMS陀螺仪和MEMS振荡器。MEMS材料也是多种多样，有可能会形成金属离子或颗粒污染，部分工序需要单独隔离。由于具有可动结构，应力问题是MEMS器件的最大问题，预防与解决应力问题贯穿了MEMS器件设计、加工、封测、应用的整个流程。

MEMS陀螺仪的用途非常广泛，包括惯性导航、光学防抖、环景照相、车身稳定与安全等。通常讲的MEMS陀螺仪是用来检测角速度的，属于角速度传感器，其核心是哥氏力原理，把输入角速度转换成一个特定感测结构的位移，通过检测该位移来确定角速度的大小。MEMS陀螺仪属于主动器件，通电后系统在谐振点做简谐振动，当与质量块运动方向垂直的方向上有角速度输入时，在质量块运动方向和输入角速度方向垂直的方向会产生哥氏力，通过检测结构及外围处理电路即可获得相应的角速度的表征量。目前应用最为广泛的驱动方式为静电和压电，检测方式为电容和压电。消费类市场是MEMS陀螺仪的最大应用市场，对产品价格、性能要求也比较苛刻，领域内一直致力于开发低成本、高性能、高可靠性的MEMS陀螺仪产品，特别是三轴MEMS陀螺仪，进一步与三轴加速计集成形成六轴IMU。

发明内容

有鉴于市场需求，及一些技术共性问题，本发明旨在提供一种结构紧凑、低成本、减弱或消除双倍频、输出信号强的三轴MEMS陀螺仪。本发明也可以只解决上述问题中的一个或多个。

为实现上述目的，本发明提供了一种三轴MEMS陀螺仪。在一个具体实施方式中，该三轴MEMS陀螺仪，包括

基底，

第一检测部，用于检测绕X方向的角速度；

第二检测部和第三检测部，对称设置在第一检测部的两侧，分别和第一检测部相连，并被设置为能够提供方向相反的驱动力，以及能用于检测绕Y方向和绕Z方向的角速度；其中，X方向垂直于Y方向，Z方向垂直于X方向和Y方向；

悬挂装置，设置在第一检测部、第二检测部和第三检测部外侧，悬挂装置和第二检测部及第三检测部相连，实现第二检测部和第三检测部的悬挂，悬挂装置和支撑装置相连，实现悬挂装置的悬挂；和

支撑装置，固定设置在基底上。

进一步地，第二检测部和第三检测部分别通过第一弹簧和第二弹簧与第一检测部连接，第一弹簧和第二弹簧能够将第二检测部和第三检测部的驱动力传递到第一检测部。

进一步地，第一检测部包括：

第一质量块，第一质量块通过一组连接梁连接到固定在基底上的一组锚点上，连接梁使得第一质量块能绕结构中心发生XY平面内的的旋转，以及发生靠近或远离基底的转动，该转动以该组连接梁为轴心；和