[发明专利]一种减小交叉耦合串扰的纳米光栅三轴MEMS陀螺

说明书

本发明属于纳米光栅三轴MEMS陀螺技术领域，具体涉及一种减小交叉耦合串扰的纳米光栅三轴MEMS陀螺，包括上层光栅、下层光栅、驱动磁体、底座，所述上层光栅、下层光栅、驱动磁体均设置在底座内，所述上层光栅设置在下层光栅上，所述下层光栅设置在驱动磁体上。本发明通过使用SOI加工方案，同时将陀螺结构实现高度对称的状态，使得x,y轴光栅陀螺的重心位于结构的中心处，有效的避免了交叉耦合对三轴陀螺测试带来的影响，提高了光栅陀螺的灵敏度。同时本发明采用阳极键合和SOI加工工艺，可以实现对面内双层光栅之间的距离精确控制，提高了三轴陀螺的灵敏度。

技术领域

本发明属于纳米光栅三轴MEMS陀螺技术领域，具体涉及一种减小交叉耦合串扰的纳米光栅三轴MEMS陀螺。

背景技术

微惯性系统由微机械陀螺和微机械加速度计两部分组成，而微机械陀螺主要用于测量物体的角速度大小。相对于传统的传感器，MEMS陀螺凭借着体积小、功率小、重量轻、可批量生产、价格低、抗过载能力强和可集成的独特优点发展迅速。在制导、无人机等军用领域和汽车导航、海上定位等民用领域有十分重要的应用价值。

目前研究的大多数的微机电陀螺是以电容检测方式为主，电容式测量虽然可以很好的兼容IC电路，但是限于其下拉效应与寄生电容的影响使得电容检测方式无法做到高精度高灵敏度；尤其在单片集成三轴时寄生电容影响因素尤为明显。而利用光学的测量方案具有抗电磁干扰、大动态范围和反应快速等优势，可以实现更高精度的测量。因此光学测量方式逐渐成为MEMS陀螺微弱科氏力检测的主要方式。光栅作为一种重要的光学元件，常被用于光学测量纳米量级等极小的尺寸，而光栅的近场存在泰伯效应，利用泰伯效应可以很好地应用到MEMS光栅陀螺的微弱信号检测上。同时光栅具有制作成本低、易于集成等优点，因此将纳米光栅用于MEMS陀螺微弱科氏力检测有巨大的潜力。

由于目前大多数机构研究的是单轴陀螺，对于三轴陀螺研究较少，本发明提出了一种三轴MEMS陀螺结构，可以实现对物体的X、Y、Z三个方向上的角速率的测量。纳米光栅陀螺常用于角速度测量领域，对灵敏度有着严格的要求，结构中双层光栅间的距离对灵敏度会产生巨大的影响。根据泰伯效应可知，当双层光栅之间的距离为泰伯距离时，可以极大的提高输出光强，从而提高陀螺的灵敏度。但目前大多数的陀螺加工采用的是对硅基刻蚀，而这种方法由于加工误差等因素的影响，很难保证两光栅之间的平行度和之间的距离，会对陀螺的灵敏度、成品率带来极大的影响。并且在实际测量中，在加速度的作用下，陀螺受交叉耦合串扰的影响，对微光栅陀螺的精度产生巨大的影响。

发明内容

针对上述的技术问题，本发明提供了一种测量精度高、灵敏度高、误差小的减小交叉耦合串扰的纳米光栅三轴MEMS陀螺。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种减小交叉耦合串扰的纳米光栅三轴MEMS陀螺，包括上层光栅、下层光栅、驱动磁体、底座，所述上层光栅、下层光栅、驱动磁体均设置在底座内，所述上层光栅设置在下层光栅上，所述下层光栅设置在驱动磁体上。

所述下层光栅包括检测z轴角速度陀螺、检测y轴角速度陀螺、检测x轴角速度陀螺，所述检测z轴角速度陀螺、检测y轴角速度陀螺、检测x轴角速度陀螺并列设置。

所述检测z轴角速度陀螺采用面内运动式陀螺，所述检测z轴角速度陀螺包括检测梁、第一下层检测光栅、第一调整电极、第一驱动梁、第一基底、第一质量块，所述第一基底的四角固定有第一驱动梁，所述第一驱动梁连接有检测梁，所述第一质量块四周固定有检测梁，所述第一下层检测光栅固定在第一质量块上，所述第一下层检测光栅两侧设置有第一调整电极。