阅读说明：本技术 一种mems单环环形振动陀螺结构 (MEMS single-ring annular vibration gyro structure ) 是由 李宏生 刘学文 钦铮承 于 2019-10-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种MEMS单环环形振动陀螺结构,包括圆形谐振质量、锚点、弹性支撑梁；若干个弹性支撑梁围绕圆形谐振质量、并等距排列在圆形谐振质量的外侧圆周上,弹性支撑梁的两端分别与圆形谐振质量的外侧面固定；每个弹性支撑梁上均设有一个锚点。本发明从结构上进行设计优化,通过调整陀螺谐振子弹性支撑梁的结构和锚点分布的位置,提高了陀螺的适应性和抗环境干扰能力。(The invention discloses an MEMS single-ring annular vibration gyro structure, which comprises a circular resonance mass, anchor points and an elastic supporting beam, wherein the anchor points are arranged on the circular resonance mass; the elastic support beams surround the circular resonance mass and are arranged on the outer circumference of the circular resonance mass at equal intervals, and two ends of each elastic support beam are fixed with the outer side surface of the circular resonance mass respectively; each elastic supporting beam is provided with an anchor point. The invention is structurally designed and optimized, and improves the adaptability and the environmental interference resistance of the gyroscope by adjusting the structure of the elastic supporting beam of the gyroscope harmonic oscillator and the distribution positions of the anchor points.)

一种MEMS单环环形振动陀螺结构

技术领域

本发明涉及一种MEMS环振动陀螺，特别是涉及一种MEMS单环环形振动陀螺结构。

背景技术

MEMS单环振动陀螺具有体积小、灵敏度高、抗干扰能力强等优点，因此被广泛应用于卫星导航、无人驾驶、航空航天等各个领域，具有非常广泛的应用前景。但是单环陀螺的支撑结构会在陀螺的振型中引入平移模态，而且目前已有的单环陀螺结构的平移模态的频率低于用于检测角速度的工作模态。因此当陀螺的质量和刚度不对称时，会提高陀螺对环境随机振动的灵敏度，从而影响陀螺的正常工作。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中的不足，本发明提供一种MEMS单环环形振动陀螺结构，其抗扰动能力强。

技术方案：本发明的MEMS单环环形振动陀螺结构，包括圆形谐振质量、锚点、弹性支撑梁；若干个弹性支撑梁围绕圆形谐振质量、并等距排列在圆形谐振质量的外侧圆周上，弹性支撑梁的两端分别与圆形谐振质量的外侧面固定；每个弹性支撑梁上均设有一个锚点。该MEMS单环环形振动陀螺结构为对称结构，锚点可以位于弹性支撑梁的中间位置。

其中，所述弹性支撑梁包括左弹性支撑梁和右弹性支撑梁，左弹性支撑梁与右弹性支撑梁分别固定在锚点的左右两侧、并与圆形谐振质量相连。锚点均位于弹性支撑梁的中间位置。

优选地，所述若干个弹性支撑梁的尺寸均一致，并且为完全独立的；即每个弹性支撑梁都是独立的一个，互相之间不牵连都是一个独立的梁，互相之间不影响。

其中，所述弹性支撑梁的数目是八个，完全相同的八个弹性支撑梁均布在圆形谐振质量的外侧。

优选地，所述圆形谐振质量、锚点、弹性支撑梁均采用单晶硅片加工而成。其中采用单晶硅进行微加工过程为现有技术。

其中，所述振动陀螺结构的工作模态处于第一阶模态，其平移模态以及其他模态的工作阶数均高于其工作模态。

发明原理：提高MEMS单环环形振动陀螺的环境适应能力，关键在于抑制平移模态对外界环境振动的响应，降低平移模态对陀螺工作的影响；本发明从结构上进行陀螺模态顺序的优化，通过调整陀螺谐振子弹性支撑梁的结构和锚点分布的位置，将陀螺的工作模态调整至第一阶模态，平移模态及其他模态的工作阶数均高于工作模态，抑制平移模态对环境随机振动的响应，从而提高陀螺的鲁棒性和工作精度。

有益效果：与现有技术相比，

(1)本发明的MEMS单环环形振动陀螺结构，从结构上进行设计优化提高了陀螺抗环境振动能力，抗扰动能力强；

(2)本发明将工作模态设计为第一阶模态，平移模态的阶数处在工作模态之后，从而有效的抑制了MEMS单环振动陀螺对外界环境随机振动的响应，当外界存在随机振动干扰时，平移模态的响应就会大幅降低，从而大大减少了平移模态对MEMS单环振动陀螺工作的影响，提高了陀螺的适应性和抗环境干扰能力。

附图说明

图1为本发明的MEMS单环环形振动陀螺结构示意图；

图2为弹性支撑悬梁的结构示意图；

图3为工作模态1示意图；

图4为工作模态2示意图；

图5为平移模态1示意图；

图6为平移模态2示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2所示，本实施例的MEMS单环环形振动陀螺结构为对称结构，其包括圆形谐振质量1、锚点2、弹性支撑梁3；弹性支撑梁3的数目为八个，每个弹性支撑梁3之间相互独立并留有相等的间隙，完全相同的八个弹性支撑梁3围绕圆形谐振质量1、并等距排列在圆形谐振质量1的外侧圆周上，弹性支撑梁3的两端分别与圆形谐振质量1的外侧面固定；八个弹性支撑梁与圆形谐振质量1的外圆周相平行。

并且，每个弹性支撑梁3的中间位置上均设有一个锚点2，八个锚点2完全相同，即完全相同的八个弹性支撑梁3对应八个锚点2，每个弹性支撑梁3均由左弹性支撑梁31和右弹性支撑梁32构成；左弹性支撑梁31的左端与圆形谐振质量1的外侧面固定连接，右端与锚点2的左端固定连接；右弹性支撑梁32的右端与圆形谐振质量1的外侧面固定连接，左端与锚点2的右端固定连接。

其中，圆形谐振质量1、锚点2、弹性支撑悬梁3均采用单晶硅片加工而成。且圆形谐振质量1、八个锚点2、八个弹性支撑悬梁3采用体硅加工工艺制造为一体。

MEMS环形陀螺是基于科里奥利效应的一种MEMS振动陀螺，将本实施例的MEMS单环环形振动陀螺结构在相应的控制系统控制下进行四波腹振动以检测输入角速度，相应的控制系统为现有技术，在此不详细描述。检测结果发现：当陀螺处于零位状态时，如图3所示，该MEMS单环环形振动陀螺结构处于驱动模态，在驱动电极的驱动作用下进行四波腹振动；当陀螺转动时，会激励出陀螺的检测模态，如图4所示，通过测量其振幅可以得到输入角速度的大小。图5、6为单环陀螺的平移模态，其阶数高于工作模态，抑制了对外界随机振动的响应。其中，工作模态1为四波腹椭圆型0°方向的驱动模态；平移模态1为圆形谐振子质量在支撑梁变形作用下做0°方向上形状保持不变的刚体平移运动(Rigid body motion)；工作模态2为四波腹椭圆型45°方向的检测模态；平移模态2为圆形谐振子质量在支撑梁变形作用下做45°方向上形状保持不变的刚体平移运动(Rigid body motion)。