雙質量式硅微振動陀螺儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種雙質量式硅微振動陀螺儀包括基座、第一子結構、第二子結構和子結構連接裝置，第一子結構和第二子結構之間通過子結構連接裝置連接，所述的第一子結構和第二子結構均為角速度測量子結構，所述的角速度測量子結構包括質量塊、固定在基座上的第一固定基座、固定在基座上的第二固定基座、固定在基座上的第三固定基座、固定在基座上的第四固定基座、第一驅動機構、第二驅動機構、第一檢測機構、第二檢測機構、第一驅動平行梁、第二驅動平行梁、第一檢測平行梁、第二檢測平行梁和若干U型折疊梁。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于微電子機械系統(tǒng)和微慣性測量技術，特別是一種雙質量式硅微振 動陀螺儀。 雙質量式硅微振動陀螺儀

【背景技術】
[0002] 硅微機械陀螺儀是一種測量轉動角速度的慣性傳感器，利用振動質量塊在被基座 帶動旋轉時產(chǎn)生的哥氏效應來測量基座旋轉的角速度，與傳統(tǒng)的機電類陀螺和光電類陀螺 相比，具有體積小、成本低、重量輕、可靠性高等優(yōu)點，在軍民兩用領域有著重要的使用價值 和廣闊的應用前景。
[0003] 自上世紀末起，國內外多家研究機構就開始了硅微陀螺儀的研究，大部分機構研 發(fā)的硅微陀螺儀采用單質量的結構形式以及不解耦或半解耦的設計方案。對于單質量硅 微陀螺儀而言，在軸向加速度干擾存在的情況下，作為共模干擾很容易導致電子線路飽和 失效，最終使硅微陀螺儀的工作受到嚴重影響。近年來，少數(shù)機構對雙質量硅微陀螺儀進行 了初步的理論和試驗探討，也大多采用不解耦或半解耦的設計，由于各種加工誤差的存在， 硅微機械陀螺儀在無哥氏效應的情況下，其驅動模態(tài)的振動能量也會耦合到檢測模態(tài)，產(chǎn) 生正交耦合誤差信號以及偏移耦合誤差信號，而不解耦設計方案對這兩種信號產(chǎn)生的影響 根本無法減小，半解耦的設計方案也僅能部分減小這兩種信號對硅微機械陀螺儀性能的影 響。 實用新型內容
[0004] 實用新型目的：本實用新型的目的在于提供一種功耗低、抗干擾能力強、靈敏度 高、高度集成化的、運動全解耦的雙質量雙線振動微機械陀螺儀。
[0005] 技術方案：本實用新型所述的一種雙質量式硅微振動陀螺儀，包括基座、第一子結 構、第二子結構和子結構連接裝置，第一子結構和第二子結構之間通過子結構連接裝置連 接，所述的第一子結構和第二子結構均為角速度測量子結構，所述的角速度測量子結構包 括質量塊、固定在基座上的第一固定基座、固定在基座上的第二固定基座、固定在基座上的 第三固定基座、固定在基座上的第四固定基座、第一驅動機構、第二驅動機構、第一檢測機 構、第二檢測機構、第一驅動平行梁、第二驅動平行梁、第一檢測平行梁、第二檢測平行梁、 第一固接U型折疊梁、第二固接U型折疊梁、第三固接U型折疊梁、第四固接U型折疊梁、第 五固接U型折疊梁、第六固接U型折疊梁、第七固接U型折疊梁、第八固接U型折疊梁；第一 驅動機構通過第一固接U型梁連接至第一固定基座、第一驅動機構通過第二固接U型梁連 接至第二固定基座；第二檢測機構通過第三固接U型梁連接至第二固定基座、第二檢測機 構通過第四固接U型梁連接至第三固定基座；第二驅動機構通過第五固接U型梁連接至第 三固定基座、第二驅動機構通過第六固接U型梁連接至第四固定基座；第一檢測機構通過 第七固接U型梁連接至第四固定基座、第一檢測機構通過第八固接U型梁連接至第一固定 基座；第一驅動機構設置在質量塊的一側，第二驅動機構設置在質量塊相對的另一側，第一 驅動機構與質量塊之間通過第一驅動平行梁連接，第二驅動機構與質量塊之間通過第二驅 動平行梁連接，以從一個驅動方向上驅動該質量塊在左右方向上振動；第一檢測機構設置 在質量塊的一側，第二檢測機構設置在質量塊相對的另一側，第一檢測機構與質量塊之間 通過第一檢測平行梁連接，第二檢測機構與質量塊之間通過第二檢測平行梁連接，以檢測 質量塊在垂直于驅動方向上的質量塊的振動。進一步地，所述的子結構連接裝置連接包括 第一 U型折疊梁和第二U型折疊梁，第一子結構和第二子結構相互抵靠，在兩者緊鄰的驅動 機構的上端和下端分別設置有第一 U型折疊梁和第二U型折疊梁以連接第一子結構和第二 子結構。
[0006] 進一步地，所述的第一固定基座、第二固定基座、第三固定基座、第四固定基座分 別設置于一正方形的四角，質量塊設置于該正方形的中央，第一驅動機構、第一檢測機構、 第二驅動機構、第二檢測機構分別設置于該正方形四邊的外側，其中第一驅動機構和第二 驅動機構設置于相對兩邊的外側，第一檢測機構與第二檢測機構設置于相對的另外兩邊的 外側。
[0007] 進一步地，第一驅動機構和第二驅動機構之間分別通過第一框架和第二框架連 接，所述的第一驅動機構和第二驅動機構為微型驅動電容機構，所述的微型驅動電容機構 包括驅動活動梳齒架、驅動反饋活動梳齒架、設置于基座上的驅動固定基座、設置于驅動固 定基座上的驅動固定梳齒、設置于基座上的驅動反饋固定基座和設置于驅動反饋固定基座 上的驅動反饋固定梳齒。
[0008] 進一步地，所述的第一檢測機構和第二檢測機構為微型檢測電容機構，所述的微 型檢測電容機構包括第一活動檢測梳齒架、第二活動檢測梳齒架，第一檢測梳齒固定基座 和設置在第一檢測梳齒固定基座上的第一固定檢測梳齒，第二檢測梳齒固定基座和設置在 第二檢測梳齒固定基座上的第二固定檢測梳齒，其中第一活動檢測梳齒架與第一固定檢測 梳齒相配合構成第一梳齒電容，第二活動檢測梳齒架與第二固定檢測梳齒相配合構成第二 梳齒電容，第一梳齒電容與第二梳齒電容平行布置，且第一梳齒電容位于靠近質量塊的一 側。
[0009] 進一步地，所述的角速度測量子結構還設置有公共電極引線、驅動輸入引線、驅動 反饋引線、檢測信號引線正極、檢測信號引線負極；其中公共電極引線連通至第一固定基 座；驅動輸入引線連通至第一驅動機構的驅動固定梳齒和第二驅動機構的驅動固定梳齒； 驅動反饋引線連通至第一驅動機構的驅動反饋固定梳齒和第二驅動機構的驅動反饋固定 梳齒；檢測信號引線正極連通至第一檢測機構的第一固定檢測梳齒和第二檢測機構的第二 固定檢測梳齒；檢測信號引線負極連通至第一檢測機構的第二固定檢測梳齒和第二檢測機 構的第一固定檢測梳齒。
[0010] 本實用新型與現(xiàn)有技術相比，其有益效果是：（1)兩個子結構采用完全相同的框 架式結構，左右對稱布置，實現(xiàn)了微陀螺儀在平面內的線運動，使整個微陀螺受溫度和應力 的影響近乎相同；（2)在每個子結構內采用折疊梁和平行梁組合將驅動部分和檢測部分分 開，實現(xiàn)了驅動部分和檢測部分運動的完全解耦，減小了交叉耦合的影響；（3)采用折疊梁 連接左右兩個子結構，減小了左右部分之間的相互干擾，運動時使兩個子結構在驅動和檢 測方向為相向的線運動，保證了左右兩個子結構運動頻率的一致性；(4)通過適當?shù)囊€ 方式，形成檢測差動輸出，不僅可以消除基座沿檢測軸向的加速度干擾信號，由于溫度等 因素的影響也可通過差動輸出減小到最低限度，從而提高整個陀螺的信噪比；（5)采用變 重疊面積的方式驅動和檢測，可以增大微陀螺儀的振動幅值，能夠顯著提高驅動和檢測模 態(tài)的品質因數(shù)，并提高微陀螺儀的靈敏度；(6)活動梳齒設置在梳齒架上，可以有效利用空 間，方便布置梳齒；(7)與基座連接的折疊梁均采用U型梁的結構，能夠有效降低加工引入 的殘余應力，使微陀螺工作在梁的線彈性變形范圍內，振動平穩(wěn)，增大運動幅度，提高了檢 測靈敏度。該實用新型中的設計在國內還沒有相關、相似的設計。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為是本實用新型雙質量式硅微振動陀螺儀示意圖；
[0012] 圖2是本實用新型雙質量式硅微振動陀螺儀的驅動機構示意圖；
[0013] 圖3是本實用新型雙質量式硅微振動陀螺儀的檢測機構示意圖；
[0014] 圖4是本實用新型雙質量式硅微振動陀螺儀下層玻璃基座上的信號引線示意圖。

【具體實施方式】
[0015] 下面對本實用新型技術方案進行詳細說明，但是本實用新型的保護范圍不局限于 所述實施例。
[0016] 實施例1 :
[0017] 結合圖1，本實用新型雙質量式硅微振動陀螺儀，用于測量垂直于微陀螺結構平面 的輸入角速度。微陀螺儀整體結構由兩個部分構成，包括制作有電信號引出線的玻璃基座 和置于玻璃基座上的微陀螺機械結構層。微陀螺儀上層機械結構由一對完全相同的第一子 結構la、第二子結構lb組成，第一子結構la、第二子結構lb左右對稱分布，并通過第一 U 型折疊梁2a、第二U型折疊梁2b連接；子結構la通過第一固接U型折疊梁6al、第二固接 U型折疊梁6a2、第三固接U型折疊梁7a2、第四固接U型折疊梁7a4、第五固接U型折疊梁 6a4、第六固接U型折疊梁6a3、第七固接U型折疊梁7a3、第八固接U型折疊梁7al與內部 的第一固定基座l〇al、第二固定基座10a2、第三固定基座10a3、第四固定基座10a4相連， 同時第二子結構lb與第一子結構la如圖所示，結構相同，同樣通過第一固接U型折疊梁 6bl、第二固接U型折疊梁6b2、第三固接U型折疊梁7b2、第四固接U型折疊梁7b4、第五固 接U型折疊梁6b4、第六固接U型折疊梁6b3、第七固接U型折疊梁7b3、第八固接U型折疊 梁7bl與內部的第一固定基座10bl、第二固定基座10b2、第三固定基座10b3、第四固定基 座10b4相連，其連接關系與第一子結構相同。本實施例中使用的基底為玻璃基底，也可使 用硅、聚合物等其它基底材料，所有固定基座都安裝在玻璃基底上的固定基座鍵合點上，使 上層的機械結構部分懸空在下層的玻璃襯底部分之上。
[0018] 以下以第一子結構la為例進行說明。第一子結構la由質量塊3a、第一驅動機構 llal和第二驅動機構lla2、第一檢測機構15al和第二檢測機構15a2、第一固接U型折疊 梁6al、第二固接U型折疊梁6a2、第三固接U型折疊梁7a2、第四固接U型折疊梁7a4、第五 固接U型折疊梁6a4、第六固接U型折疊梁6a3、第七固接U型折疊梁7a3、第八固接U型折 疊梁7al、第一驅動平行梁8al、第二驅動平行梁8a2、第一檢測平行梁9al、第二檢測平行 梁9a2和第一固定基座10al、第二固定基座10a2、第三固定基座10a3、第四固定基座10a4 組成；第一子結構la的第一驅動區(qū)域4al、第二驅動區(qū)域4a2分別布置在質量塊3a的左右 兩側，第一檢測區(qū)域5al、第二檢測區(qū)域5a2分別布置在質量塊3a的上下兩側；第一驅動區(qū) 域4al的第一驅動機構llal和第二驅動區(qū)域4a2的第二驅動機構lla2分別通過第一驅動 平行梁8al、第二驅動平行梁8a2與質量塊3a相連接；第一檢測區(qū)域5al的第一檢測機構 15al和第二檢測區(qū)域5a2的第二檢測機構15a2分別通過第一檢測平行梁9al、第二檢測平 行梁9a2與質量塊3a相連接；第一驅動機構llal通過第一固接U型梁6al連接至第一固 定基座10al、第一驅動機構llal通過第二固接U型梁6a2連接至第二固定基座10a2 ;第二 檢測機構15a2通過第三固接U型梁7a2連接至第二固定基座10a2、第二檢測機構15a2通 過第四固接U型梁7a4連接至第三固定基座10a3 ;第二驅動機構lla2通過第五固接U型 梁6a4連接至第三固定基座10a3、第二驅動機構通過第六固接U型梁6a3連接至第四固定 基座10a4 ;第一檢測機構15al通過第七固接U型梁7a3連接至第四固定基座10a4、第一檢 測機構15al通過第八固接U型梁7al連接至第一固定基座10al。
[0019] 同樣地，對于第二子結構lb同樣有，第一子結構lb由質量塊3b、第一驅動機構 llbl和第二驅動機構llb2、第一檢測機構15bl和第二檢測機構15b2、第一固接U型折疊 梁6bl、第二固接U型折疊梁6b2、第三固接U型折疊梁7b2、第四固接U型折疊梁7b4、第 五固接U型折疊梁6b4、第六固接U型折疊梁6b3、第七固接U型折疊梁7b3、第八固接U型 折疊梁7bl、第一驅動平行梁8bl、第二驅動平行梁8b2、第一檢測平行梁％1、第二檢測平行 梁9b2和第一固定基座10bl、第二固定基座10b2、第三固定基座10b3、第四固定基座10b4 組成；第一子結構lb的第一驅動區(qū)域4bl、第二驅動區(qū)域4b2分別布置在質量塊3b的左右 兩側，第一檢測區(qū)域5bl、第二檢測區(qū)域5b2分別布置在質量塊3b的上下兩側；第一驅動區(qū) 域4bl的第一驅動機構llbl和第二驅動區(qū)域4b2的第二驅動機構llb2分別通過第一驅動 平行梁8bl、第二驅動平行梁8b2與質量塊3b相連接；第一檢測區(qū)域5bl的第一檢測機構 15bl和第二檢測區(qū)域5b2的第二檢測機構15b2分別通過第一檢測平行梁％1、第二檢測平 行梁9b2與質量塊3b相連接；第一驅動機構llbl通過第一固接U型梁6bl連接至第一固 定基座10bl、第一驅動機構llbl通過第二固接U型梁6b2連接至第二固定基座10b2 ;第二 檢測機構15b2通過第三固接U型梁7b2連接至第二固定基座10b2、第二檢測機構15b2通 過第四固接U型梁7b4連接至第三固定基座10b3 ;第二驅動機構llb2通過第五固接U型 梁6b4連接至第三固定基座10b3、第二驅動機構通過第六固接U型梁6b3連接至第四固定 基座10b4 ;第一檢測機構15bl通過第七固接U型梁7b3連接至第四固定基座10b4、第一檢 測機構15bl通過第八固接U型梁7bl連接至第一固定基座10bl。
[0020] 第一子結構la中的第一驅動平行梁8al、第二驅動平行梁8a2完全相同，一端與質 量塊3a連接，另一端分別和第一驅動機構llal、第二驅動結構lla2連接；子結構中的檢測 平行梁組合第一檢測平行梁9al、第二檢測平行梁9a2完全相同，一端與質量塊3a連接，另 一端分別和第一檢測機構15al和第二檢測機構15a2連接。第一驅動平行梁8al、第二驅 動平行梁8a2組合與第一檢測平行梁9al、第二檢測平行梁9a2組合將質量塊3a在X軸和 Y軸方向的運動進行了隔離。第一驅動機構llal、第二驅動機構lla2被限制在X軸方向運 動，子結構中的第一檢測機構15al、第二檢測機構15a2被限制在Y軸方向運動。
[0021] 當工作時，第一驅動機構llal、第二驅動機構lla2在輸入驅動信號的作用下通過 第一驅動平行梁8al、第二驅動平行梁8a2帶動質量塊3a在X軸方向上來回振動。此時，如 果在Z軸方向上有角速度輸入，那么質量塊3a將在Y軸方向上受到X軸振動時產(chǎn)生的科里 奧利力而產(chǎn)生在Y方向上的受迫振動。當X方向上的振動恒定時，Y方向上受迫振動的科 里奧利力正比于Ζ軸方向上的輸入角速度，從而可以通過第一檢測機構15al、第二檢測機 構15a2測量質量塊3a在Y軸上的受迫振動的振幅得知Z軸方向上的輸入角速度大小。
[0022] 微陀螺的驅動機構如圖2所示，由第一驅動機構llal、第二驅動機構lla2、第一 框架14al、第二框架14a2 ;第一驅動機構llal、第二驅動機構lla2布置在質量塊3a左右 兩側通過第一框架14al、第二框架14a2連接。第一驅動機構與第二驅動機構對稱設置，但 是由于兩驅動機構要對質量塊產(chǎn)生同向的驅動力，故在如圖2所不設置的第一驅動機構和 第二驅動機構中，均為右側的梳齒結構作為驅動梳齒，左側的梳齒結構作為驅動反饋梳齒 反饋信號至驅動信號生成的電路中調節(jié)驅動信號頻率，以使整個裝置處于最佳工作狀態(tài)。 以下以第一驅動機構llal為例具體說明，本實施例中第一驅動機構llal包括上下兩個相 同的梳齒架結構，然而也可以只設置一個梳齒架結構而不會影響本實用新型的實現(xiàn)。以下 以上部的梳齒架結構為例：如圖2所示，各梳齒架平行排列且平行于質量塊所在的正方形 抵近的一邊，自距離質量塊由遠及近依次為驅動反饋活動梳齒架12al、驅動反饋固定梳齒 13al、驅動固定梳齒13a2、驅動活動梳齒架12a2,其中，驅動固定梳齒13a2設置于驅動固定 基座上10a7,驅動反饋固定梳齒13a 1設置于驅動反饋固定基座10a5上。通過在驅動固定梳 齒13a2上施加帶直流偏置的交流電壓，采用靜電驅動方式來驅動質量塊3a做間歇振動，通 過驅動反饋固定梳齒13al來檢測驅動運動狀況反饋調節(jié)驅動電路。其中下部梳齒架結構 的驅動反饋活動梳齒架13a5、驅動反饋固定梳齒12a5、驅動固定梳齒12a6、驅動活動梳齒 架13a6、驅動固定基座10a8和驅動反饋固定基座10a6同樣設置。第二驅動機構lla2中的 上部梳齒架的驅動反饋活動梳齒架12a3、驅動反饋固定梳齒13a3、驅動固定梳齒13a4、驅 動活動梳齒架12a4、驅動固定基座上lOall、驅動反饋固定基座10a9和下部梳齒架的驅動 反饋活動梳齒架12a7、驅動反饋固定梳齒13a7、驅動固定梳齒13a8、驅動活動梳齒架12a8、 驅動固定基座10al2和驅動反饋固定基座10al0也同樣設置。
[0023] 第二子結構lb由第一驅動機構llbl、第二驅動機構llb2、第一框架14bl、第二框 架14b2 ;第一驅動機構llbl、第二驅動機構llb2布置在質量塊3b左右兩側通過第一框架 14bl、第二框架14b2連接。第一驅動機構與第二驅動機構對稱設置，但是由于兩驅動機構 要對質量塊產(chǎn)生同向的驅動力，故在如圖2所示設置的第一驅動機構和第二驅動機構中， 均為右側的梳齒結構作為驅動梳齒，左側的梳齒結構作為驅動反饋梳齒反饋信號至驅動信 號生成的電路中調節(jié)驅動信號頻率，以使整個裝置處于最佳工作狀態(tài)。以下以第一驅動機 構llbl為例具體說明，本實施例中第一驅動機構llbl包括上下兩個相同的梳齒架結構，然 而也可以只設置一個梳齒架結構而不會影響本實用新型的實現(xiàn)。以下以上部的梳齒架結 構為例：如圖2所示，各梳齒架平行排列且平行于質量塊所在的正方形抵近的一邊，自距離 質量塊由遠及近依次為驅動反饋活動梳齒架12bl、驅動反饋固定梳齒13bl、驅動固定梳齒 13b2、驅動活動梳齒架12b2,其中，驅動固定梳齒13b2設置于驅動固定基座上10b7,驅動反 饋固定梳齒13bl設置于驅動反饋固定基座10b5上。通過在驅動固定梳齒13b2上施加帶 直流偏置的交流電壓，采用靜電驅動方式來驅動質量塊3b做間歇振動，通過驅動反饋固定 梳齒13bl來檢測驅動運動狀況反饋調節(jié)驅動電路。為了實現(xiàn)兩質量塊3a、3b的反相驅動， 驅動固定梳齒13a2和13b2上施加反相的交流信號。其中下部梳齒架結構的驅動反饋活動 梳齒架13b5、驅動反饋固定梳齒12b5、驅動固定梳齒12b6、驅動活動梳齒架13b6、驅動固 定基座上10b8和驅動反饋固定基座10b6同樣設置。第二驅動機構llb2中的上部梳齒架 的驅動反饋活動梳齒架12b3、驅動反饋固定梳齒13b3、驅動固定梳齒13b4、驅動活動梳齒 架12b4、驅動固定基座lObll、驅動反饋固定基座10b9和下部梳齒架的驅動反饋活動梳齒 架12b7、驅動反饋固定梳齒13b7、驅動固定梳齒13b8、驅動活動梳齒架12b8、驅動固定基座 10bl2和驅動反饋固定基座10bl0也同樣設置。
[0024] 微陀螺的檢測機構如圖3所示，第一子結構la的檢測機構位于第一檢測區(qū)域5al 和第二檢測區(qū)域5a2,分別為位于第一檢測區(qū)域5al的第一檢測機構15al和位于第二檢測 區(qū)域5a2的第二檢測機構15a2 ;第一檢測機構15al和第二檢測機構15a2布置在質量塊3a 上下兩側。第一檢測機構15al與第二檢測機構15a2同樣設置，如圖3所示本實施例中第 一檢測機構15al設置成左右相同的梳齒架結構。實際當中也可以只設置一個該種梳齒架 結構而不影響本實用新型的實現(xiàn)。其中左部的梳齒架結構包括四條平行的梳齒架，平行于 質量塊所在的正方形抵近的一邊，距離質量塊由近及遠依次為第一活動檢測梳齒架16a2、 第一固定檢測梳齒17a2、第二固定檢測梳齒17al、第二活動檢測梳齒架16al，其中第一固 定檢測梳齒17a2設置在第一檢測梳齒固定基座10al5上、第二固定檢測梳齒17al設置在 第二檢測梳齒固定基座10al3上，其中第一活動檢測梳齒架16a2與第一固定檢測梳齒17a2 相配合構成第一梳齒電容，第二活動檢測梳齒架16al與第二固定檢測梳齒17al相配合構 成第二梳齒電容，第一梳齒電容位于第二梳齒電容靠近質量塊的一側。右側的梳齒架結構 對稱設置，且同樣設置有第一檢測梳齒固定基座10al6和第二檢測梳齒固定基座10al4。對 于第二檢測機構15a2同樣設置有左側梳齒架結構的第一活動檢測梳齒架16a3、第一固定 檢測梳齒17a3、第二固定檢測梳齒17a4、第二活動檢測梳齒架16a4、第一檢測梳齒固定基 座10al7和第二檢測梳齒固定基座10al9,右側的梳齒架結構對稱設置，且同樣設置有第一 檢測梳齒固定基座10al8和第二檢測梳齒固定基座10a20。
[0025] 對于第二子結構lb的檢測機構位于第一檢測區(qū)域5bl和第二檢測區(qū)域5b2,分別 為位于第一檢測區(qū)域5bl的第一檢測機構15bl和位于第二檢測區(qū)域5b2的第二檢測機構 15b2,第一檢測機構15bl和第二檢測機構15b2布置在質量塊3b上下兩側。第一檢測機構 15bl與第二檢測機構15b2同樣設置，如圖3所示本實施例中第一檢測機構15bl設置成左 右相同的梳齒架結構。實際當中也可以只設置一個該種梳齒架結構而不影響本實用新型的 實現(xiàn)。其中左部的梳齒架結構包括四條平行的梳齒架，平行于質量塊所在的正方形抵近的 一邊，距離質量塊由近及遠依次為第一活動檢測梳齒架16b2、第一固定檢測梳齒17b2、第 二固定檢測梳齒17bl、第二活動檢測梳齒架16bl，其中第一固定檢測梳齒17b2設置在第一 檢測梳齒固定基座l〇b 15上、第二固定檢測梳齒17b 1設置在第二檢測梳齒固定基座10b 13 上，其中第一活動檢測梳齒架16b2與第一固定檢測梳齒17b2相配合構成第一梳齒電容，第 二活動檢測梳齒架16bl與第二固定檢測梳齒17bl相配合構成第二梳齒電容，第一梳齒部 位于第二梳齒部靠近質量塊的一側。右側的梳齒架結構對稱設置，且同樣設置有第一檢測 梳齒固定基座10bl6和第二檢測梳齒固定基座10bl4。對于第二檢測機構15b2同樣設置 有左側梳齒架結構的第一活動檢測梳齒架16b3、第一固定檢測梳齒17b3、第二固定檢測梳 齒17b4、第二活動檢測梳齒架16b4、第一檢測梳齒固定基座10bl7和第二檢測梳齒固定基 座10bl9,右側的梳齒架結構對稱設置，且同樣設置有第一檢測梳齒固定基座10bl8和第二 檢測梳齒固定基座10b20。
[0026] 玻璃基座如圖4所示，包括信號引線和金屬硅/玻璃鍵合點。其中第一子結構la 的信號引線包括公共電極引線19a、驅動輸入引線20al、驅動反饋引線21al、檢測信號引線 正極22al、檢測信號引線負極22a2,各引線如圖所示鏈接，且公共電極引線連通至第一固 定基座18al ;驅動輸入引線20al連通至第一驅動機構的驅動固定梳齒13a2和12a6 ;驅動 反饋引線21al連通至第一驅動機構的驅動反饋固定梳齒13al和12a5 ;檢測信號引線正極 22al連通至第一檢測機構的第一固定檢測梳齒17a2和第二檢測機構的第二固定檢測梳齒 17a4 ;檢測信號引線負極22a2連通至第一檢測機構的第二固定檢測梳齒17al和第二檢測 機構的第一固定檢測梳齒17a3。金屬硅/玻璃鍵合點包括第一固定基座鍵合點18al、第二 固定基座鍵合點18a2、第三固定基座鍵合點18a3、第四固定基座鍵合點18a4,驅動固定基 座鍵合點18a7、驅動固定基座鍵合點18a8、驅動固定基座鍵合點18all、驅動固定基座鍵合 點18al2,驅動反饋固定基座鍵合點18a5、驅動反饋固定基座鍵合點18a6、驅動反饋固定基 座鍵合點18a9、驅動反饋固定基座鍵合點18al0,第二檢測梳齒固定基座鍵合點18al3、第 二檢測梳齒固定基座鍵合點18al4、第一檢測梳齒固定基座鍵合點18al5、第一檢測梳齒固 定基座鍵合點18al6、第一檢測梳齒固定基座鍵合點18al7、第一檢測梳齒固定基座鍵合點 18al8、第二檢測梳齒固定基座鍵合點18al9、第二檢測梳齒固定基座鍵合點18a20。
[0027] 第二子結構lb的信號引線包括公共電極引線19b、驅動輸入引線21bl、驅動反饋 引線20bl、檢測信號引線正極22bl、檢測信號引線負極22b2,各引線如圖所示鏈接，且公共 電極引線連通至第三固定基座18b3 ;驅動輸入引線21bl連通至第一驅動機構的驅動固定 梳齒13b2和12b6 ;驅動反饋引線20bl連通至第一驅動機構的驅動反饋固定梳齒13bl和 12b5 ;檢測信號引線正極22bl連通至第一檢測機構的第二固定檢測梳齒17bl和第二檢測 機構的第一固定檢測梳齒17b3 ;檢測信號引線負極22b2連通至第一檢測機構的第一固定 檢測梳齒17b2和第二檢測機構的第二固定檢測梳齒17b4。金屬硅/玻璃鍵合點包括第一 固定基座鍵合點18bl、第二固定基座鍵合點18b2、第三固定基座鍵合點18b3、第四固定基 座鍵合點18b4,驅動固定基座鍵合點18b7、驅動固定基座鍵合點18b8、驅動固定基座鍵合 點18bll、驅動固定基座鍵合點18bl2,驅動反饋固定基座鍵合點18b5、驅動反饋固定基座 鍵合點18b6、驅動反饋固定基座鍵合點18b9、動反饋固定基座鍵合點18bl0,第二檢測梳齒 固定基座鍵合點18bl3、第二檢測梳齒固定基座鍵合點18bl4、第一檢測梳齒固定基座鍵合 點18b 15、第一檢測梳齒固定基座鍵合點18b 16、第一檢測梳齒固定基座鍵合點18b 17、第一 檢測梳齒固定基座鍵合點18bl8、第二檢測梳齒固定基座鍵合點18bl9、第二檢測梳齒固定 基座鍵合點18b20。
[0028] 各個固定基座：10al、10a2、10a3、10a4、10a5、10a6、10a7、10a8、10a9、10al0、 10all、10al2、10al3、10al4、10al5、10al6、10al7、10al8、10al9、10a20、10bl、10b2、10b3、 10b4、10b5、10b6、10b7、10b8、10b9、10bl0、10bll、10bl2、10bl3、10bl4、10bl5、10bl6、 10bl7、10bl8、10bl9、10b20 分別對應鍵合點 18al、18a2、18a3、18a4、18a5、18a6、18a7、 18a8、18a9、18al0、18al1、18al2、18al3、18al4、18al5、18al6、18al7、18al8、18al9、18a20、 18bl、18b2、18b3、18b4、18b5、18b6、18b7、18b8、18b9、18bl0、18bll、18bl2、18bl3、18bl4、 18bl5、18bl6、18bl7、18bl8、18bl9、18b20 相連。
[0029] 本實用新型雙質量式硅微振動陀螺儀，采用單邊靜電驅動，差動電容檢測的工作 方式，在驅動機構的固定驅動梳齒上施加帶直流偏置的交流驅動電壓后，產(chǎn)生交變驅動力， 在交變驅動力的作用下，驅動第一驅動機構llal、第二一驅動機構lla2通過第一驅動平行 梁8al、第二驅動平行梁8a2帶動質量塊3a沿著X方向做相向的簡諧線振動，驅動第一驅 動機構llbl、第二一驅動機構llb2通過第一驅動平行梁8bl、第二驅動平行梁8b2帶動質 量塊3b沿著X方向做相向的簡諧線振動；而此時第一檢測機構15al和第二檢測機構15a2 由于第八固接U型折疊梁7al、第三固接U型梁7a2、第七固接U型折疊梁7a3、第四固接U 型折疊梁7a4的束縛在驅動方向保持靜止，實現(xiàn)了驅動對檢測的解耦；當陀螺儀有繞Z軸的 外界輸入角速率ω z時，根據(jù)右手定則，質量塊3a在輸出軸Y軸受到哥氏加速度的作用，在 哥氏慣性力的作用下，質量塊3a沿著敏感軸Y軸作相向簡諧線振動，而質量塊3b沿著敏感 軸Y軸與質量塊3a作相反的簡諧線振動。通過第一檢測平行梁9al和第二檢測平行梁9a2 帶動第一檢測機構15al和第二檢測機構15a2沿Y方向作相向的簡諧線振動，而此時第一 驅動部分4al、第二驅動部分4a2由于受到第一固接U型折疊梁6al、第二固接U型梁6a2、 第六固接U型折疊梁6a3、第五固接U型折疊梁6a4的束縛而保持靜止，實現(xiàn)了檢測對驅動 的解耦；通過第一檢測機構15al和第二檢測機構15a2的固定檢測梳齒第二固定檢測梳齒 17al、第一固定檢測梳齒17a2、第一固定檢測梳齒17a3、第二固定檢測梳齒17a4將這種簡 諧線振動經(jīng)電子線路處理后，可以獲得電壓信號。第二子結構lb的原理也相同。輸出電壓 信號為子結構3a和3b輸出電壓信號之差，且輸出電壓信號的大小正比于輸入角速率的大 小。通過后續(xù)的鑒相器比較輸出電壓信號與激勵信號的相位關系，則可判明輸入角速率的 方向。
[0030] 如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實施例已經(jīng)表示和表述了本實用新型，但其不得 解釋為對本實用新型自身的限制。在不脫離所附權利要求定義的本實用新型的精神和范圍 前提下，可對其在形式上和細節(jié)上作出各種變化。
【權利要求】
1. 一種雙質量式硅微振動陀螺儀，其特征在于，包括基座、第一子結構（la)、第二子結 構（lb)和子結構連接裝置，第一子結構（la)和第二子結構（lb)之間通過子結構連接裝 置連接，所述的第一子結構（la)和第二子結構（lb)均為角速度測量子結構，所述的角速 度測量子結構包括質量塊（3a)、固定在基座上的第一固定基座（10al)、固定在基座上的第 二固定基座（10a2)、固定在基座上的第三固定基座（10a3)、固定在基座上的第四固定基座 (10a4)、第一驅動機構（llal)、第二驅動機構（lla2)、第一檢測機構（15al)、第二檢測機 構（15a2)、第一驅動平行梁（8al)、第二驅動平行梁（8a2)、第一檢測平行梁（9al)、第二檢 測平行梁（9a2)、第一固接U型折疊梁（6al)、第二固接U型折疊梁^a2)、第三固接U型折 疊梁（7a2)、第四固接U型折疊梁（7a4)、第五固接U型折疊梁陽 &4)、第六固接U型折疊梁 (6a3)、第七固接U型折疊梁（7a3)、第八固接U型折疊梁（7al);第一驅動機構（llal)通 過第一固接U型梁（8al)連接至第一固定基座（10al)、第一驅動機構（llal)通過第二固 接U型梁（6a2)連接至第二固定基座（10a2);第二檢測機構（15a2)通過第三固接U型梁 (7a2)連接至第二固定基座（10a2)、第二檢測機構（15a2)通過第四固接U型梁（7a4)連接 至第三固定基座（10a3);第二驅動機構（lla2)通過第五固接U型梁（6a4)連接至第三固 定基座（10a3)、第二驅動機構通過第六固接U型梁（6a3)連接至第四固定基座（10a4);第 一檢測機構（15al)通過第七固接U型梁（7a3)連接至第四固定基座（10a4)、第一檢測機構 (15al)通過第八固接U型梁（7al)連接至第一固定基座（10al);第一驅動機構（llal)設 置在質量塊（3a)的一側，第二驅動機構（lla2)設置在質量塊（3a)相對的另一側，第一驅 動機構（llal)與質量塊（3a)之間通過第一驅動平行梁（8al)連接，第二驅動機構（lla2) 與質量塊（3a)之間通過第二驅動平行梁（8a2)連接，以從一個驅動方向上驅動該質量塊 (3a)在上振動；第一檢測機構（15al)設置在質量塊（3a)的一側，第二檢測機構（15a2)設 置在質量塊（3a)相對的另一側，第一檢測機構（15al)與質量塊（3a)之間通過第一檢測平 行梁（9al)連接，第二檢測機構（15a2)與質量塊（3a)之間通過第二檢測平行梁（9a2)連 接，以檢測質量塊（3a)在垂直于驅動方向上的質量塊（3a)的振動，所述基座為玻璃基座。
2. 根據(jù)權利要求1所述的雙質量式硅微振動陀螺儀，其特征在于，所述的子結構連接 裝置連接包括第一 U型折疊梁（2a)和第二U型折疊梁（2b)，第一子結構（la)和第二子結 構（lb)相互抵靠，在兩者緊鄰的驅動機構的上端和下端分別設置有第一 U型折疊梁（2a) 和第二U型折疊梁（2b)以連接第一子結構（la)和第二子結構（lb)。
3. 根據(jù)權利要求1所述的雙質量式硅微振動陀螺儀，其特征在于，所述的第一固定基 座（10al)、第二固定基座（10a2)、第三固定基座（10a3)、第四固定基座（10a4)分別設置于 一正方形的四角，質量塊（3a)設置于該正方形的中央，第一驅動機構（llal)、第一檢測機 構（15al)、第二驅動機構（lla2)、第二檢測機構（15a2)分別設置于該正方形四邊的外側， 其中第一驅動機構（llal)和第二驅動機構（lla2)設置于相對兩邊的外側，第一檢測機構 (15al)與第二檢測機構（15a2)設置于相對的另外兩邊的外側。
4. 根據(jù)權利要求1所述的雙質量式硅微振動陀螺儀，其特征在于，第一驅動機構 (llal)和第二驅動機構（lla2)之間分別通過第一框架（14al)和第二框架（14a2)連接， 所述的第一驅動機構（llal)和第二驅動機構（lla2)為微型驅動電容機構，所述的微型驅 動電容機構包括驅動活動梳齒架（12a2)、驅動反饋活動梳齒架（12al)、設置于基座上的驅 動固定基座（10a7)、設置于驅動固定基座上（10a7)的驅動固定梳齒（13a2)、設置于基座上 的驅動反饋固定基座（10a5)和設置于驅動反饋固定基座（10a5)上的驅動反饋固定梳齒 (13al)。
5. 根據(jù)權利要求4所述的雙質量式硅微振動陀螺儀，其特征在于，所述的第一檢測機 構（15al)和第二檢測機構（15a2)為微型檢測電容機構，所述的微型檢測電容機構包括第 一活動檢測梳齒架（16a2)、第二活動檢測梳齒架（16al)，第一檢測梳齒固定基座（10al5) 和設置在第一檢測梳齒固定基座（10al5)上的第一固定檢測梳齒（17a2)，第二檢測梳齒固 定基座（10al3)和設置在第二檢測梳齒固定基座（10al3)上的第二固定檢測梳齒（17al)， 其中第一活動檢測梳齒架（16a2)與第一固定檢測梳齒（17a2)相配合構成第一梳齒電容， 第二活動檢測梳齒架（16al)與第二固定檢測梳齒（17al)相配合構成第二梳齒電容，第一 梳齒電容位于第二梳齒電容靠近質量塊的一側。
6. 根據(jù)權利要求5所述的雙質量式硅微振動陀螺儀，其特征在于，所述的角速度測量 子結構還設置有公共電極引線（19a)、驅動輸入引線（20al)、驅動反饋引線（21al)、檢測 信號引線正極（22al)、檢測信號引線負極（22a2);其中公共電極引線連通至第一固定基座 (18al);驅動輸入引線（20al)連通至第一驅動機構的驅動固定梳齒（13a2)和（12a6);驅 動反饋引線（21al)連通至第一驅動機構的驅動反饋固定梳齒（13al)和（12a5);檢測信號 引線正極（22al)連通至第一檢測機構的第一固定檢測梳齒（17a2)和第二檢測機構的第二 固定檢測梳齒（17a4);檢測信號引線負極（22a2)連通至第一檢測機構的第二固定檢測梳 齒（17al)和第二檢測機構的第一固定檢測梳齒（17a3)。
【文檔編號】G01C19/5719GK203837718SQ201420199230
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權日:2014年4月22日
【發(fā)明者】楊波, 戴波, 殷勇, 鄧允朋, 王行軍 申請人:東南大學