[发明专利]MEMS陀螺仪

说明书

本发明提供了一种MEMS陀螺仪，包括内质量环、外质量环、锚点结构、换能器和内外耦合梁，所述内质量环包括4N个呈圆周阵列分布的内质量块和连接在相邻两个所述内质量块之间的内质量耦合梁，其中，N为整数，且N≥2；所述外质量环同轴设置在所述内质量环的外侧，所述外质量环包括分别与4N个内质量块位于同一径向的外质量块和连接在相邻两个外质量块之间的外质量耦合梁；所述内外耦合梁连接在相邻的所述外质量块与所述内质量块之间，能够传递相邻的所述内质量块与所述外质量块之间的径向力。本发明的MEMS陀螺仪具有较大有效质量，提高了分辨率，驱动/检测模态频率相差较小。

【技术领域】

本发明涉及陀螺仪技术领域，具体涉及一种MEMS陀螺仪。

【背景技术】

陀螺仪也称角速度传感器，是用来测量物体旋转快慢的传感器，被广泛应用于便携电子设备、卫星导航、航空航天等各个领域。

MEMS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。MEMS环形陀螺仪和MEMS音叉式陀螺仪是振动式MEMS陀螺仪中的典型代表。MEMS环形陀螺仪对称性好，驱动/检测模态频率差小，但有效质量低，对加工误差敏感；MEMS音叉式陀螺仪灵敏度高，但是驱动/检测模态频率差大。因此，有必要提供一种有效质量大、模态频率差小的陀螺仪。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种MEMS陀螺仪，增大有效质量，减小驱动/检测模态频率差，达到高分辨率和高角速度增益的效果。

本发明的技术方案如下：

一种MEMS陀螺仪，包括

内质量环，所述内质量环包括4N个呈圆周阵列分布的内质量块和连接在相邻两个所述内质量块之间的内质量耦合梁，所述内质量耦合梁能够传递相邻两个所述内质量块之间的周向力，其中，N为整数，且N≥2；

外质量环，所述外质量环同轴设置在所述内质量环的外侧，所述外质量环包括分别与4N个所述内质量块位于同一径向的外质量块和连接在相邻两个所述外质量块之间的外质量耦合梁，所述外质量耦合梁能够传递相邻两个所述外质量块之间的周向力；

锚点结构，所述内质量环和所述外质量环均连接于所述锚点结构；

换能器，所述换能器呈圆周阵列分布，实现结构平面内的机械场与电场的耦合；

内外耦合梁，所述内外耦合梁连接在相邻的所述外质量块与所述内质量块之间，能够传递相邻的所述内质量块与所述外质量块之间的径向力；

所述MEMS陀螺仪能够工作在第一模态和第二模态，所述第一模态和所述第二模态中，同一径向的所述内质量块和所述外质量块均呈现反相振型。

在所述MEMS陀螺仪的一些实施例中，所述第一模态和第二模态中，所述内质量块和所述外质量块呈面内类2θ振型或面内类3θ振型。

在所述MEMS陀螺仪的一些实施例中，所述内外耦合梁具有用于连接所述外质量块与所述内质量块的连接部，所述内外耦合梁为轴对称结构，所述连接部位于所述内外耦合梁的对称轴上。

在所述MEMS陀螺仪的一些实施例中，所述内外耦合梁包括对称设置的两折叠梁，所述折叠梁包括沿径向设置的第一段、连接在所述第一段两端并沿周向延伸的第二段以及连接在所述第二段远离所述第一段并沿径向延伸的连接部，两所述连接部远离所述第二段的一端分别与所述内质量块和所述外质量块连接。

在所述MEMS陀螺仪的一些实施例中，所述锚点结构包括中间锚点以及形成在所述中间锚点上的两弹性件，所述中间锚点位于相邻的所述内质量块与所述外质量块之间，所述中间锚点分别通过两所述弹性件与相邻的所述内质量块和所述外质量块连接。

在所述MEMS陀螺仪的一些实施例中，相邻的所述内质量块与所述外质量块之间的中间锚点有两个，两所述中间锚点沿周向间隔设置。