一种外支撑四质量块MEMS谐振式陀螺仪.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105606083A(43)申请公布日2016.05.25(21)申请号201610128649.0(22)申请日2016.03.08(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区100084信箱82分箱清华大学专利办公室(72)发明人周斌张嵘张天陈志勇(74)专利代理机构北京纪凯知识产权代理有限公司11245代理人徐宁关畅(51)Int.Cl.G01C19/574(2012.01)权利要求书2页说明书5页附图7页(54)发明名称一种外支撑四质量块MEMS谐振式陀螺仪(57)摘要本发明涉及一种外支撑四质量块MEMS谐振式陀螺仪，该陀螺仪包括基板层和位于基板层上方的结构层，结构层包括拥有四对称轴的八边形平面框架结构的支撑架，四根沿以支撑架对称中心为圆心的圆周对称均匀分布在支撑架外侧的锚定支撑柱，四个沿以支撑架对称中心为圆心的圆周对称均匀分布在支撑架内侧的质量块，四个分别设置在四个质量块与支撑架之间的驱动检测单元和四个分别设置在四个质量块远离支撑架一侧的驱动单元；相对的两个质量块完全相同，每个质量块接近支撑架的一侧设置有驱动检测电容可动极板、远离支撑架的一侧设置有驱动电容可动极板，质量块能在支撑架平面内产生“主模态”振动，或者产生“次模态”振动，或者同时产生“主模态”和“次模态”振动。CN105606083ACN105606083A权利要求书1/2页1.一种外支撑四质量块MEMS谐振式陀螺仪，其特征在于，该陀螺仪包括基板层和位于所述基板层上方的结构层，所述结构层包括：拥有四对称轴的八边形平面框架结构的支撑架，四根沿以所述支撑架对称中心为圆心的圆周对称均匀分布在所述支撑架外侧的锚定支撑柱，四个沿以所述支撑架对称中心为圆心的圆周对称均匀分布在所述支撑架内侧的质量块，四个分别设置在四个所述质量块与所述支撑架之间的驱动检测单元，和四个分别设置在四个所述质量块远离所述支撑架一侧的驱动单元；其中，所述支撑架上不相邻的两组对边外侧的中间位置处各设置有一组外侧凸起，所述支撑架上不相邻的另外两组对边内侧的中间位置处各设置有一组内侧凸起；所述锚定支撑柱一端键合固定在所述基板层上、另一端分别与一所述外侧凸起固定连接，所述锚定支撑柱与所述基板层的键合位置位于经过所述外侧凸起的支撑架对称轴上；所述质量块通过悬臂梁连接到所述支撑架上，且相对的两个所述质量块完全相同，每个所述质量块接近所述支撑架的一侧设置有驱动检测电容可动极板、远离所述支撑架的一侧设置有驱动电容可动极板，所述质量块能够在所述支撑架平面内产生“主模态”振动，或者产生“次模态”振动，或者同时产生“主模态”和“次模态”振动；所述驱动检测单元一端键合固定在所述基板层上、另一端设置驱动检测电容固定极板，所述驱动检测电容固定极板与所述驱动检测电容可动极板对应组合，形成与每个所述质量块相对应的驱动检测电容，所述驱动检测单元与所述基板层的键合位置位于经过所述外侧凸起的支撑架对称轴上；所述驱动单元一端键合固定在所述基板层上、另一端设置驱动电容固定极板，所述驱动电容固定极板与所述驱动电容可动极板对应组合，形成与每个所述质量块相对应的驱动电容，所述驱动单元与所述基板层的键合位置位于所述支撑架的对称中心。2.如权利要求1所述的一种外支撑四质量块MEMS谐振式陀螺仪，其特征在于，所述“主模态”振动是指：通过所述驱动电容主动使所述质量块产生的振动；所述“次模态”振动是指：当垂直于所述支撑架平面方向有角速度输入时，所述质量块受到科式力的作用，在所述支撑架平面内产生垂直于所述“主模态”振动方向的振动。3.如权利要求1或2所述的一种外支撑四质量块MEMS谐振式陀螺仪，其特征在于，所述质量块为中心对称结构，存在两个互相垂直的对称轴；所述陀螺仪的工作模式包括“对称模式”和“解耦模式”，通过调整所述悬臂梁的刚度配置，能改变所述陀螺仪的工作模式；所述“对称模式”既能够工作在“速率模式”下，也能够工作在“速率积分模式”下；其中，所述“对称模式”的“主模态”振动为四个所述质量块沿以所述支撑架对称中心为圆心的圆的径向振动，并且相邻两所述质量块同一时刻的运动方向相反；其“次模态”振动为四个所述质量块沿以所述支撑架对称中心为圆心的圆的切向振动，并且相邻两所述质量块在同一时刻运动方向相反；所述“解耦模式”的“主模态”振动为两个相对称的所述质量块沿以所述支撑架对称中心为圆心的圆的径向振动，且同一时刻的运动方向相反，而另两个所述质量块静止不动；其“次模态”振动为四个所述质量块沿以所述支撑架对称钟形为圆心的圆的切向振动，并且相2CN105606083A权利要求书2/2页邻两所述质量块在同一时刻运动方向相反；所述“速率模式”是通过所述驱动电容施加激励力，使所述质量块在“主模