[发明专利]恒温控制MEMS陀螺仪

权利要求书

1.一种恒温控制MEMS陀螺仪，其特征在于：所述陀螺仪的整体结构由恒温控制模块、驱动模块、检测模块及连接模块构成；

所述恒温控制模块包括四根加热梁、矩形隔热框；

所述驱动模块包括两个质量块、两对驱动电极和两对驱动检测电极；

所述检测模块包括检测框、四个感应电极；

所述连接模块包括至少四个固定锚点、若干一级弹性连接梁、二级弹性连接梁、三级弹性连接梁和中心耦合弹性连接梁；其中：

所述陀螺仪的整体结构在X-Y平面上的投影结构即平面结构沿X、Y方向中轴线对称；所述两个质量块位于X方向中心轴线上，两个质量块之间通过三级弹性梁和中心耦合弹性梁连接，每个质量块外侧与检测框之间通过二级弹性梁和三级弹性梁连接；

所述两对驱动电极和驱动检测电极位于质量块内侧，四个感应电级位于检测框外侧四角位置；

所述陀螺仪的整体结构中矩形隔热框外侧四周与四个固定锚点之间通过四根加热梁连接，其余结构均位于矩形隔热框内部；

所述检测框在Y方向上的两端与矩形隔热框之间通过一级弹性梁连接；

所述加热梁和矩形隔热框上具有规律排布的隔热通孔结构；

采用电阻测温和频率测温的方式实时监测陀螺仪整体结构实际温度变化，并采用闭环反馈控制电路实时微调加热电压，能使得MEMS陀螺仪始终工作在目标工作温度点，最终实现恒温控制功能。

2.根据权利要求1所述的恒温控制MEMS陀螺仪，其特征在于：在X-Y平面上，所述隔热通孔形状为正多边形或圆形，隔热通孔面积占加热梁和矩形隔热框面积的20％-50％。

3.根据权利要求2所述的恒温控制MEMS陀螺仪，其特征在于：当所述隔热通孔形状为正四边形或圆形时，隔热通孔在所述矩形隔热框和加热梁上沿X和Y轴平行排布；当所述隔热通孔形状为正六边形时，隔热通孔在所述矩形隔热框和加热梁上沿蜂窝状排布。

4.根据权利要求3所述的恒温控制MEMS陀螺仪，其特征在于：

所述MEMS陀螺仪的驱动模态为两个质量块在X-Y平面内沿X方向进行反向振荡运动；MEMS陀螺仪的检测模态为检测框、质量块、感应电级、二级弹性梁、三级弹性梁和中心弹性梁整体在X-Y平面内扭摆运动在X-Y平面内沿Y方向进行扭摆运动；

所述矩形隔热框和加热梁结构的刚度设置为大于陀螺仪驱动模态和检测模态的刚度，当MEMS陀螺仪处于驱动或检测模态时，矩形隔热框和加热梁保持静止状态；矩形隔热框和加热梁的刚度由其结构长度、宽度以及隔热通孔占加热梁和矩形隔热框面积以及排布方式决定。

5.根据权利要求1至4中任一所述的恒温控制MEMS陀螺仪，其特征在于：

所述电极包括可动电极板和固定电极板；所述可动电极板和固定电极板均为梳齿状；

所述驱动电极和驱动检测电极为等间距梳齿状电极；

所述感应电极为变间距梳齿状电极。

6.根据权利要求5所述的恒温控制MEMS陀螺仪，其特征在于：

所述感应电极设有四个，四个感应电极分别位于外框四角上且通过采用差分的形式进行电学信号输出：由于所述MEMS陀螺仪的对称性，位于检测框其中一条对角线上的两个感应电极采用同相输出，位于检测框另一条对角线上的两个感应电极反相输出，即可实现差分输出。

7.根据权利要求6所述的恒温控制MEMS陀螺仪，其特征在于：所述一级弹性连接梁为直梁，二级弹性连接梁和耦合弹性连接梁为直梁、U形梁、折叠梁或蟹脚梁中的任一种或多种组合。

8.根据权利要求7所述的恒温控制MEMS陀螺仪，其特征在于：所述陀螺仪结构材料选自半导体材料，所述半导体材料为单晶硅、多晶硅、碳化硅或金刚石材料中任一种。