[发明专利]一种基于杠杆结构的面内敏感轴微机械陀螺

说明书

本发明涉及一种基于杠杆结构的面内敏感轴微机械陀螺，包括：多个杠杆式解耦单元，与所述杠杆式解耦单元相连接的耦合单元；所述杠杆式解耦单元包括：驱动质量块，检测质量块，解耦结构，驱动结构，检测电极；所述驱动质量块和所述检测质量块相邻的间隔设置且与所述解耦结构相对的两端分别固定连接；所述解耦结构为杠杆式解耦结构，其在外力作用下可产生垂直于轴向的弹性形变；所述驱动结构与所述驱动质量块相连接，所述检测电极设置在所述检测质量块正下方。本发明的解耦结构不仅实现了面内陀螺的驱动模态和检测模态解耦，还通过杠杆的放大作用提升了面内敏感轴微机械陀螺的信噪比。

技术领域

本发明涉及微机电系统与传感器领域，尤其涉及一种基于杠杆结构的面内敏感轴微机械陀螺。

背景技术

陀螺仪是测量载体相对惯性空间旋转运动的传感器，是运动测量、惯性导航、制导控制等领域的核心器件，在航空航天、智能机器人、制导弹药等高端工业装备和精确打击武器中具有非常重要的应用价值。目前，陀螺仪主要有机械转子陀螺、激光陀螺、光纤陀螺和微机电陀螺等类型。其中，基于微机电系统（MEMS）技术的陀螺仪具有体积小、成本低、功耗低、寿命长、可批量生产等显著特点，特别适用于对体积、低功耗要求比较高的领域。

微机械陀螺根据敏感轴方向可以分为面内微机械陀螺和面外微机械陀螺。其中，面内微机械陀螺的敏感轴在面内，即陀螺用于敏感x-y轴向的角速度；而面外微机械陀螺的敏感轴在面外，即陀螺用于敏感z轴向的角速度。面外微机械陀螺由于驱动轴和检测轴均位于面内，易于实现模态对称和解耦，因此性能目前远高于面内微机械陀螺。面内微机械陀螺由于其驱动轴和检测轴在面外，受限于目前微机械加工工艺，无法实现模态对称，也很难实现模态解耦。而模态解耦对于减小模态之间的耦合误差，提高陀螺的零偏稳定性和零偏漂移性能，提升陀螺的工作可靠性具有十分重要的意义。

对于MEMS陀螺而言，由于尺寸小，加工误差对其性能的影响尤为严重，其中模态耦合误差是最为重要的因素。模态耦合误差指的是，加工误差导致驱动模态与检测电极之间不完全正交，因此，当不存在外界角速度输入时，检测电极也能敏感到信号，并且该信号随外界环境的变化而改变，严重影响陀螺的精度和稳定性。模态解耦则是通过结构上的设计，将模态耦合误差减小，提高陀螺的精度和零偏稳定性。

目前的面外MEMS陀螺由于其驱动模态和检测模态均位于面内，因此基于目前的MEMS工艺易于实现模态解耦，大部分的高精度MEMS面外陀螺也都设计有模态解耦结构，同时也证明了通过模态解耦的MEMS陀螺性能得到明显提升。而对于面内MEMS陀螺而言，由于其驱动模态和检测模态不在同一平面，较难实现模态解耦结构的设计，因此目前的面内MEMS陀螺几乎都未实现模态解耦。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于杠杆结构的面内敏感轴微机械陀螺。

为实现上述发明目的，本发明提供一种基于杠杆结构的面内敏感轴微机械陀螺，包括：多个杠杆式解耦单元，与所述杠杆式解耦单元相连接的耦合单元；

所述杠杆式解耦单元包括：驱动质量块，检测质量块，解耦结构，驱动结构，检测电极；

所述驱动质量块和所述检测质量块相邻的间隔设置且与所述解耦结构相对的两端分别固定连接；

所述解耦结构为杠杆式解耦结构，其在外力作用下可产生垂直于轴向的弹性形变；

所述驱动结构与所述驱动质量块相连接，所述检测电极设置在所述检测质量块正下方。

根据本发明的一个方面，多个所述杠杆式解耦单元规则的多排阵列，且相邻所述杠杆式解耦单元镜像对称。

根据本发明的一个方面，所述解耦结构包括：驱动杠杆部分、检测杠杆部分和杠杆支点梁；

所述驱动杠杆部分、检测杠杆部分分别与所述杠杆支点梁固定连接，且分别位于所述杠杆支点梁的相对两侧；