一种具有环形拓扑梳齿的双模高精度微机械陀螺结构

1.本发明涉及微机械振动陀螺，具体是一种具有环形拓扑梳齿的双模高精度微机械陀螺结构。


背景技术：

2.微机械振动陀螺是基于科里奥利效应的一种角速度敏感装置，具有体积小、质量轻、功耗低、寿命长、可批量生产、价格便宜等优点，广泛应用于武器制导、航空航天、生物医学、消费品电子等领域，具有极其广泛的应用前景。微机械振动陀螺的具体工作原理如下：当没有角速度输入时，微机械振动陀螺的谐振子在驱动模态下工作，微机械振动陀螺的输出为零。当有角速度输入时，微机械振动陀螺的谐振子在检测模态下工作，微机械振动陀螺实时测出输入角速度。然而实践表明，现有微机械振动陀螺由于其谐振子的几何结构和电极的结构所限，普遍存在精度较差的问题。为此有必要发明一种具有环形拓扑梳齿的双模高精度微机械陀螺结构，以解决现有微机械振动陀螺精度较差的问题。


技术实现要素：

3.本发明为了解决现有微机械振动陀螺精度较差的问题，提供了一种具有环形拓扑梳齿的双模高精度微机械陀螺结构。
4.本发明是采用如下技术方案实现的：一种具有环形拓扑梳齿的双模高精度微机械陀螺结构，包括玻璃基底、谐振子部分、电极部分；所述谐振子部分包括圆柱状中心锚点、圆环状谐振质量、八根轮辐状内侧弹性支撑悬梁、八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁；所述电极部分包括八对弧形内层电极、八对弧形外层电极、八对单侧梳齿形电极a、八对单侧梳齿形电极b、八对单侧梳齿形电极c、八对单侧梳齿形电极d、八对单侧梳齿形电极e、八对单侧梳齿形电极f；其中，圆柱状中心锚点键合于玻璃基底的上表面；圆环状谐振质量置放于玻璃基底的上表面，且圆环状谐振质量的中心线与圆柱状中心锚点的中心线重合；八根轮辐状内侧弹性支撑悬梁均位于圆柱状中心锚点和圆环状谐振质量之间，且八根轮辐状内侧弹性支撑悬梁围绕圆柱状中心锚点的中心线对称分布；每根轮辐状内侧弹性支撑悬梁均由直形梁段a、一对u形梁段、直形梁段b构成；直形梁段a的尾端与圆柱状中心锚点的侧面固定；一对u形梁段共同围合形成封闭的圆角矩形，且一对u形梁段的尾端均与直形梁段a的首端固定；直形梁段b的尾端分别与一对u形梁段的首端固定；直形梁段b的首端与圆环状谐振质量的内侧面固定；八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁均位于圆环状谐振质量的外侧，且八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁围绕圆柱状中心锚点的中心线对称分布；
每根轮辐状外侧弹性支撑悬梁均由直形梁段c、一对双侧梳齿形梁段a、一对双侧梳齿形梁段b、一对双侧梳齿形梁段c构成；直形梁段c的尾端与圆环状谐振质量的外侧面固定；一对双侧梳齿形梁段a对称固定于直形梁段c的两侧面；一对双侧梳齿形梁段b对称固定于直形梁段c的两侧面，且一对双侧梳齿形梁段b位于一对双侧梳齿形梁段a的外侧；一对双侧梳齿形梁段c对称固定于直形梁段c的两侧面，且一对双侧梳齿形梁段c位于一对双侧梳齿形梁段b的外侧；八对弧形内层电极均键合于玻璃基底的上表面，且八对弧形内层电极围绕圆柱状中心锚点的中心线对称分布；八对弧形内层电极一一对应地对称分布于八根直形梁段b的两侧，且八对弧形内层电极的外侧面与圆环状谐振质量的内侧面共同构成八对微电容器a；八对弧形外层电极均键合于玻璃基底的上表面，且八对弧形外层电极围绕圆柱状中心锚点的中心线对称分布；八对弧形外层电极一一对应地对称分布于八根直形梁段c的两侧，且八对弧形外层电极的内侧面与圆环状谐振质量的外侧面共同构成八对微电容器b；八对单侧梳齿形电极a均键合于玻璃基底的上表面，且八对单侧梳齿形电极a围绕圆柱状中心锚点的中心线对称分布；八对单侧梳齿形电极a一一对应地嵌合于八对双侧梳齿形梁段a的内侧，且八对单侧梳齿形电极a和八对双侧梳齿形梁段a一一对应地构成八对微电容器c；八对单侧梳齿形电极b均键合于玻璃基底的上表面，且八对单侧梳齿形电极b围绕圆柱状中心锚点的中心线对称分布；八对单侧梳齿形电极b一一对应地嵌合于八对双侧梳齿形梁段a的外侧，且八对单侧梳齿形电极b和八对双侧梳齿形梁段a一一对应地构成八对微电容器d；八对单侧梳齿形电极c均键合于玻璃基底的上表面，且八对单侧梳齿形电极c围绕圆柱状中心锚点的中心线对称分布；八对单侧梳齿形电极c一一对应地嵌合于八对双侧梳齿形梁段b的内侧，且八对单侧梳齿形电极c和八对双侧梳齿形梁段b一一对应地构成八对微电容器e；八对单侧梳齿形电极d均键合于玻璃基底的上表面，且八对单侧梳齿形电极d围绕圆柱状中心锚点的中心线对称分布；八对单侧梳齿形电极d一一对应地嵌合于八对双侧梳齿形梁段b的外侧，且八对单侧梳齿形电极d和八对双侧梳齿形梁段b一一对应地构成八对微电容器f；八对单侧梳齿形电极e均键合于玻璃基底的上表面，且八对单侧梳齿形电极e围绕圆柱状中心锚点的中心线对称分布；八对单侧梳齿形电极e一一对应地嵌合于八对双侧梳齿形梁段c的内侧，且八对单侧梳齿形电极e和八对双侧梳齿形梁段c一一对应地构成八对微电容器g；八对单侧梳齿形电极f均键合于玻璃基底的上表面，且八对单侧梳齿形电极f围绕圆柱状中心锚点的中心线对称分布；八对单侧梳齿形电极f一一对应地嵌合于八对双侧梳齿形梁段c的外侧，且八对单侧梳齿形电极f和八对双侧梳齿形梁段c一一对应地构成八对微电容器h。
5.工作时，第一对弧形内层电极、第五对弧形内层电极、第一对弧形外层电极、第五对弧形外层电极、第一对单侧梳齿形电极a、第五对单侧梳齿形电极a、第一对单侧梳齿形电极b、第五对单侧梳齿形电极b、第一对单侧梳齿形电极c、第五对单侧梳齿形电极c、第一对
单侧梳齿形电极d、第五对单侧梳齿形电极d、第一对单侧梳齿形电极e、第五对单侧梳齿形电极e、第一对单侧梳齿形电极f、第五对单侧梳齿形电极f均作为驱动模态控制电极。第一对微电容器a、第五对微电容器a、第一对微电容器b、第五对微电容器b、第一对微电容器c、第五对微电容器c、第一对微电容器d、第五对微电容器d、第一对微电容器e、第五对微电容器e、第一对微电容器f、第五对微电容器f、第一对微电容器g、第五对微电容器g、第一对微电容器h、第五对微电容器h均作为驱动模态激励电容。第二对弧形内层电极、第六对弧形内层电极、第二对弧形外层电极、第六对弧形外层电极、第二对单侧梳齿形电极a、第六对单侧梳齿形电极a、第二对单侧梳齿形电极b、第六对单侧梳齿形电极b、第二对单侧梳齿形电极c、第六对单侧梳齿形电极c、第二对单侧梳齿形电极d、第六对单侧梳齿形电极d、第二对单侧梳齿形电极e、第六对单侧梳齿形电极e、第二对单侧梳齿形电极f、第六对单侧梳齿形电极f均作为检测模态控制电极。第三对弧形内层电极、第七对弧形内层电极、第三对弧形外层电极、第七对弧形外层电极、第三对单侧梳齿形电极a、第七对单侧梳齿形电极a、第三对单侧梳齿形电极b、第七对单侧梳齿形电极b、第三对单侧梳齿形电极c、第七对单侧梳齿形电极c、第三对单侧梳齿形电极d、第七对单侧梳齿形电极d、第三对单侧梳齿形电极e、第七对单侧梳齿形电极e、第三对单侧梳齿形电极f、第七对单侧梳齿形电极f均作为驱动模态位移测量电极。第四对弧形内层电极、第八对弧形内层电极、第四对弧形外层电极、第八对弧形外层电极、第四对单侧梳齿形电极a、第八对单侧梳齿形电极a、第四对单侧梳齿形电极b、第八对单侧梳齿形电极b、第四对单侧梳齿形电极c、第八对单侧梳齿形电极c、第四对单侧梳齿形电极d、第八对单侧梳齿形电极d、第四对单侧梳齿形电极e、第八对单侧梳齿形电极e、第四对单侧梳齿形电极f、第八对单侧梳齿形电极f均作为检测模态位移测量电极。十六对驱动模态控制电极、十六对检测模态控制电极、十六对驱动模态位移测量电极、十六对检测模态位移测量电极均通过金属导线与控制系统连接。
6.具体工作过程如下：控制系统产生一路驱动电压信号，该驱动电压信号通过金属导线传输至十六对驱动模态激励电容，一方面使得圆环状谐振质量在静电力的作用下维持环向波数为2的四波腹振动，另一方面使得八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁进行线振动（线振动的频率与四波腹振动的频率相同）。在振动过程中，控制系统通过十六对驱动模态位移测量电极实时测量圆环状谐振质量和八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁的位移，并根据测量结果实时控制驱动电压信号，由此一方面使得圆环状谐振质量和八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁的位移幅值保持恒定，另一方面使得圆环状谐振质量和八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁在其谐振频率点上振动。当没有角速度输入时，在十六对驱动模态激励电容的激励下，圆环状谐振质量以驱动模态作面内四波腹弯曲振动，八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁进行线振动（线振动的频率与四波腹弯曲振动的频率相同），此时十六对检测模态位移测量电极位于四波腹弯曲振动的波节处，十六对检测模态位移测量电极均不产生检测电压信号。此时，本发明的输出为零。当有角速度输入时，在哥氏力耦合作用下，圆环状谐振质量以检测模态作面内四波腹弯曲振动，八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁进行线振动（线振动的频率与四波腹弯曲振动的频率相同），此时十六对检测模态位移测量电极位于四波腹弯曲振动的波腹处，十六对检测模态位移测量电极均产生检测电压信号，且检测电压信号与输入角速度相关。此时，控制系统根据检测电压信号实时解算出输入角速度。在上述过程中，十六对检测模态控制电极用于对圆环状谐振质量和八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁进行正交控制和力反馈控制。
7.基于上述过程，本发明所述的一种具有环形拓扑梳齿的双模高精度微机械陀螺结构通过采用全新结构，具备了如下优点：其一，本发明在两个工作模态（驱动模态和检测模态）下的谐振质量相等，由此一方面使得两个工作模态（驱动模态和检测模态）的谐振频率匹配更容易，另一方面实现了两个工作模态（驱动模态和检测模态）的阻尼自然匹配，从而有效提高了精度。其二，本发明的谐振子采用环形拓扑梳齿结构，由此可以同时工作在压膜状态和滑膜状态下（圆环状谐振质量工作在压膜状态下，八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁工作在滑膜状态下，滑膜状态相较于压膜状态具有更好的线性度），从而进一步提高了精度。
8.本发明有效解决了现有微机械振动陀螺精度较差的问题，适用于武器制导、航空航天、生物医学、消费品电子等领域。
附图说明
9.图1是本发明的结构示意图。
10.图2是图1的局部结构示意图。
11.图3是本发明中谐振子部分的结构示意图。
12.图4是图3的局部结构示意图。
13.图中：101-圆柱状中心锚点，102-圆环状谐振质量，103-直形梁段a，104-u形梁段，105-直形梁段b，106-直形梁段c，107-双侧梳齿形梁段a，108-双侧梳齿形梁段b，109-双侧梳齿形梁段c，201-弧形内层电极，202-弧形外层电极，203-单侧梳齿形电极a，204-单侧梳齿形电极b，205-单侧梳齿形电极c，206-单侧梳齿形电极d，207-单侧梳齿形电极e，208-单侧梳齿形电极f，209-块状锚点a，210-块状锚点b，211-块状锚点c，212-块状锚点d，213-块状锚点e，214-块状锚点f，215-块状锚点g，216-块状锚点h，217-块状锚点i，218-块状锚点j，219-块状锚点k，220-块状锚点l。
具体实施方式
14.一种具有环形拓扑梳齿的双模高精度微机械陀螺结构，包括玻璃基底、谐振子部分、电极部分；所述谐振子部分包括圆柱状中心锚点101、圆环状谐振质量102、八根轮辐状内侧弹性支撑悬梁、八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁；所述电极部分包括八对弧形内层电极201、八对弧形外层电极202、八对单侧梳齿形电极a203、八对单侧梳齿形电极b204、八对单侧梳齿形电极c205、八对单侧梳齿形电极d206、八对单侧梳齿形电极e207、八对单侧梳齿形电极f208；其中，圆柱状中心锚点101键合于玻璃基底的上表面；圆环状谐振质量102置放于玻璃基底的上表面，且圆环状谐振质量102的中心线与圆柱状中心锚点101的中心线重合；八根轮辐状内侧弹性支撑悬梁均位于圆柱状中心锚点101和圆环状谐振质量102之间，且八根轮辐状内侧弹性支撑悬梁围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；每根轮辐状内侧弹性支撑悬梁均由直形梁段a103、一对u形梁段104、直形梁段b105构成；直形梁段a103的尾端与圆柱状中心锚点101的侧面固定；一对u形梁段104共同围合形成封闭的圆角矩形，且一对u形梁段104的尾端均与直形梁段a103的首端固定；直形梁
段b105的尾端分别与一对u形梁段104的首端固定；直形梁段b105的首端与圆环状谐振质量102的内侧面固定；八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁均位于圆环状谐振质量102的外侧，且八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；每根轮辐状外侧弹性支撑悬梁均由直形梁段c106、一对双侧梳齿形梁段a107、一对双侧梳齿形梁段b108、一对双侧梳齿形梁段c109构成；直形梁段c106的尾端与圆环状谐振质量102的外侧面固定；一对双侧梳齿形梁段a107对称固定于直形梁段c106的两侧面；一对双侧梳齿形梁段b108对称固定于直形梁段c106的两侧面，且一对双侧梳齿形梁段b108位于一对双侧梳齿形梁段a107的外侧；一对双侧梳齿形梁段c109对称固定于直形梁段c106的两侧面，且一对双侧梳齿形梁段c109位于一对双侧梳齿形梁段b108的外侧；八对弧形内层电极201均键合于玻璃基底的上表面，且八对弧形内层电极201围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；八对弧形内层电极201一一对应地对称分布于八根直形梁段b105的两侧，且八对弧形内层电极201的外侧面与圆环状谐振质量102的内侧面共同构成八对微电容器a；八对弧形外层电极202均键合于玻璃基底的上表面，且八对弧形外层电极202围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；八对弧形外层电极202一一对应地对称分布于八根直形梁段c106的两侧，且八对弧形外层电极202的内侧面与圆环状谐振质量102的外侧面共同构成八对微电容器b；八对单侧梳齿形电极a203均键合于玻璃基底的上表面，且八对单侧梳齿形电极a203围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；八对单侧梳齿形电极a203一一对应地嵌合于八对双侧梳齿形梁段a107的内侧，且八对单侧梳齿形电极a203和八对双侧梳齿形梁段a107一一对应地构成八对微电容器c；八对单侧梳齿形电极b204均键合于玻璃基底的上表面，且八对单侧梳齿形电极b204围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；八对单侧梳齿形电极b204一一对应地嵌合于八对双侧梳齿形梁段a107的外侧，且八对单侧梳齿形电极b204和八对双侧梳齿形梁段a107一一对应地构成八对微电容器d；八对单侧梳齿形电极c205均键合于玻璃基底的上表面，且八对单侧梳齿形电极c205围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；八对单侧梳齿形电极c205一一对应地嵌合于八对双侧梳齿形梁段b108的内侧，且八对单侧梳齿形电极c205和八对双侧梳齿形梁段b108一一对应地构成八对微电容器e；八对单侧梳齿形电极d206均键合于玻璃基底的上表面，且八对单侧梳齿形电极d206围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；八对单侧梳齿形电极d206一一对应地嵌合于八对双侧梳齿形梁段b108的外侧，且八对单侧梳齿形电极d206和八对双侧梳齿形梁段b108一一对应地构成八对微电容器f；八对单侧梳齿形电极e207均键合于玻璃基底的上表面，且八对单侧梳齿形电极e207围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；八对单侧梳齿形电极e207一一对应地嵌合于八对双侧梳齿形梁段c109的内侧，且八对单侧梳齿形电极e207和八对双侧梳齿形梁段c109一一对应地构成八对微电容器g；八对单侧梳齿形电极f208均键合于玻璃基底的上表面，且八对单侧梳齿形电极
f208围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；八对单侧梳齿形电极f208一一对应地嵌合于八对双侧梳齿形梁段c109的外侧，且八对单侧梳齿形电极f208和八对双侧梳齿形梁段c109一一对应地构成八对微电容器h。
15.所述电极部分还包括八对块状锚点a209、八对块状锚点b210、八对块状锚点c211、八对块状锚点d212、八对块状锚点e213、八对块状锚点f214、八对块状锚点g215、八对块状锚点h216、八对块状锚点i217、八对块状锚点j218、八对块状锚点k219、八对块状锚点l220；八对块状锚点a209均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点a209围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；八对块状锚点a209一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极a203的尾端；八对块状锚点b210均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点b210围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；八对块状锚点b210一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极a203的首端；八对块状锚点c211均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点c211围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；八对块状锚点c211一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极b204的尾端；八对块状锚点d212均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点d212围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；八对块状锚点d212一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极b204的首端；八对块状锚点e213均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点e213围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；八对块状锚点e213一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极c205的尾端；八对块状锚点f214均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点f214围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；八对块状锚点f214一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极c205的首端；八对块状锚点g215均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点g215围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；八对块状锚点g215一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极d206的尾端；八对块状锚点h216均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点h216围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；八对块状锚点h216一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极d206的首端；八对块状锚点i217均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点i217围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；八对块状锚点i217一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极e207的尾端；八对块状锚点j218均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点j218围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；八对块状锚点j218一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极e207的首端；八对块状锚点k219均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点k219围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；八对块状锚点k219一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极f208的尾端；八对块状锚点l220均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点l220围绕圆柱状中心锚点101的中心线对称分布；八对块状锚点l220一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极f208的首端。
16.圆柱状中心锚点101的高度、圆环状谐振质量102的高度、八根轮辐状内侧弹性支撑悬梁的高度、八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁的高度均一致；八根轮辐状内侧弹性支撑悬梁的尺寸一致；八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁的尺寸一致，且八对双侧梳齿形梁段b108的长度一一对应地大于八对双侧梳齿形梁段a107的长度，八对双侧梳齿形梁段c109的长度一一对应地大于八对双侧梳齿形梁段b108的长度；八对弧形内层电极201的尺寸一致；八对弧形外层电极202的尺寸一致，且八对弧形外层电极202的内侧面面积一一对应地等于八对弧形内层电极201的外侧面面积；八对单侧梳齿形电极a203的尺寸一致；八对单侧梳齿形电极b204的尺寸一致，且八对单侧梳齿形电极b204的长度一一对应地等于八对单侧梳齿形电极
a203的长度；八对单侧梳齿形电极c205的尺寸一致，且八对单侧梳齿形电极c205的长度一一对应地大于八对单侧梳齿形电极b204的长度；八对单侧梳齿形电极d206的尺寸一致，且八对单侧梳齿形电极d206的长度一一对应地等于八对单侧梳齿形电极c205的长度；八对单侧梳齿形电极e207的尺寸一致，且八对单侧梳齿形电极e207的长度一一对应地大于八对单侧梳齿形电极d206的长度；八对单侧梳齿形电极f208的尺寸一致，且八对单侧梳齿形电极f208的长度一一对应地等于八对单侧梳齿形电极e207的长度。
17.圆柱状中心锚点101、圆环状谐振质量102、八根轮辐状内侧弹性支撑悬梁、八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁均采用单晶硅片加工而成，且圆柱状中心锚点101、圆环状谐振质量102、八根轮辐状内侧弹性支撑悬梁、八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁采用体硅加工工艺制造为一体。
18.八对块状锚点a209的尺寸、八对块状锚点b210的尺寸、八对块状锚点c211的尺寸、八对块状锚点d212的尺寸、八对块状锚点e213的尺寸、八对块状锚点f214的尺寸、八对块状锚点g215的尺寸、八对块状锚点h216的尺寸、八对块状锚点i217的尺寸、八对块状锚点j218的尺寸、八对块状锚点k219的尺寸、八对块状锚点l220的尺寸均一致。
19.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种具有环形拓扑梳齿的双模高精度微机械陀螺结构，其特征在于：包括玻璃基底、谐振子部分、电极部分；所述谐振子部分包括圆柱状中心锚点（101）、圆环状谐振质量（102）、八根轮辐状内侧弹性支撑悬梁、八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁；所述电极部分包括八对弧形内层电极（201）、八对弧形外层电极（202）、八对单侧梳齿形电极a（203）、八对单侧梳齿形电极b（204）、八对单侧梳齿形电极c（205）、八对单侧梳齿形电极d（206）、八对单侧梳齿形电极e（207）、八对单侧梳齿形电极f（208）；其中，圆柱状中心锚点（101）键合于玻璃基底的上表面；圆环状谐振质量（102）置放于玻璃基底的上表面，且圆环状谐振质量（102）的中心线与圆柱状中心锚点（101）的中心线重合；八根轮辐状内侧弹性支撑悬梁均位于圆柱状中心锚点（101）和圆环状谐振质量（102）之间，且八根轮辐状内侧弹性支撑悬梁围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；每根轮辐状内侧弹性支撑悬梁均由直形梁段a（103）、一对u形梁段（104）、直形梁段b（105）构成；直形梁段a（103）的尾端与圆柱状中心锚点（101）的侧面固定；一对u形梁段（104）共同围合形成封闭的圆角矩形，且一对u形梁段（104）的尾端均与直形梁段a（103）的首端固定；直形梁段b（105）的尾端分别与一对u形梁段（104）的首端固定；直形梁段b（105）的首端与圆环状谐振质量（102）的内侧面固定；八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁均位于圆环状谐振质量（102）的外侧，且八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；每根轮辐状外侧弹性支撑悬梁均由直形梁段c（106）、一对双侧梳齿形梁段a（107）、一对双侧梳齿形梁段b（108）、一对双侧梳齿形梁段c（109）构成；直形梁段c（106）的尾端与圆环状谐振质量（102）的外侧面固定；一对双侧梳齿形梁段a（107）对称固定于直形梁段c（106）的两侧面；一对双侧梳齿形梁段b（108）对称固定于直形梁段c（106）的两侧面，且一对双侧梳齿形梁段b（108）位于一对双侧梳齿形梁段a（107）的外侧；一对双侧梳齿形梁段c（109）对称固定于直形梁段c（106）的两侧面，且一对双侧梳齿形梁段c（109）位于一对双侧梳齿形梁段b（108）的外侧；八对弧形内层电极（201）均键合于玻璃基底的上表面，且八对弧形内层电极（201）围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；八对弧形内层电极（201）一一对应地对称分布于八根直形梁段b（105）的两侧，且八对弧形内层电极（201）的外侧面与圆环状谐振质量（102）的内侧面共同构成八对微电容器a；八对弧形外层电极（202）均键合于玻璃基底的上表面，且八对弧形外层电极（202）围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；八对弧形外层电极（202）一一对应地对称分布于八根直形梁段c（106）的两侧，且八对弧形外层电极（202）的内侧面与圆环状谐振质量（102）的外侧面共同构成八对微电容器b；八对单侧梳齿形电极a（203）均键合于玻璃基底的上表面，且八对单侧梳齿形电极a（203）围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；八对单侧梳齿形电极a（203）一一对应地嵌合于八对双侧梳齿形梁段a（107）的内侧，且八对单侧梳齿形电极a（203）和八对双侧梳齿形梁段a（107）一一对应地构成八对微电容器c；八对单侧梳齿形电极b（204）均键合于玻璃基底的上表面，且八对单侧梳齿形电极b
（204）围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；八对单侧梳齿形电极b（204）一一对应地嵌合于八对双侧梳齿形梁段a（107）的外侧，且八对单侧梳齿形电极b（204）和八对双侧梳齿形梁段a（107）一一对应地构成八对微电容器d；八对单侧梳齿形电极c（205）均键合于玻璃基底的上表面，且八对单侧梳齿形电极c（205）围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；八对单侧梳齿形电极c（205）一一对应地嵌合于八对双侧梳齿形梁段b（108）的内侧，且八对单侧梳齿形电极c（205）和八对双侧梳齿形梁段b（108）一一对应地构成八对微电容器e；八对单侧梳齿形电极d（206）均键合于玻璃基底的上表面，且八对单侧梳齿形电极d（206）围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；八对单侧梳齿形电极d（206）一一对应地嵌合于八对双侧梳齿形梁段b（108）的外侧，且八对单侧梳齿形电极d（206）和八对双侧梳齿形梁段b（108）一一对应地构成八对微电容器f；八对单侧梳齿形电极e（207）均键合于玻璃基底的上表面，且八对单侧梳齿形电极e（207）围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；八对单侧梳齿形电极e（207）一一对应地嵌合于八对双侧梳齿形梁段c（109）的内侧，且八对单侧梳齿形电极e（207）和八对双侧梳齿形梁段c（109）一一对应地构成八对微电容器g；八对单侧梳齿形电极f（208）均键合于玻璃基底的上表面，且八对单侧梳齿形电极f（208）围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；八对单侧梳齿形电极f（208）一一对应地嵌合于八对双侧梳齿形梁段c（109）的外侧，且八对单侧梳齿形电极f（208）和八对双侧梳齿形梁段c（109）一一对应地构成八对微电容器h。2.根据权利要求1所述的一种具有环形拓扑梳齿的双模高精度微机械陀螺结构，其特征在于：所述电极部分还包括八对块状锚点a（209）、八对块状锚点b（210）、八对块状锚点c（211）、八对块状锚点d（212）、八对块状锚点e（213）、八对块状锚点f（214）、八对块状锚点g（215）、八对块状锚点h（216）、八对块状锚点i（217）、八对块状锚点j（218）、八对块状锚点k（219）、八对块状锚点l（220）；八对块状锚点a（209）均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点a（209）围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；八对块状锚点a（209）一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极a（203）的尾端；八对块状锚点b（210）均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点b（210）围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；八对块状锚点b（210）一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极a（203）的首端；八对块状锚点c（211）均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点c（211）围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；八对块状锚点c（211）一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极b（204）的尾端；八对块状锚点d（212）均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点d（212）围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；八对块状锚点d（212）一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极b（204）的首端；八对块状锚点e（213）均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点e（213）围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；八对块状锚点e（213）一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极c（205）的尾端；八对块状锚点f（214）均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点f（214）围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；八对块状锚点f（214）一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极c（205）的首端；八对块状锚点g（215）均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点g（215）围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；八对块状锚点g（215）一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极d（206）的尾端；八对块状锚点h（216）均
键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点h（216）围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；八对块状锚点h（216）一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极d（206）的首端；八对块状锚点i（217）均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点i（217）围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；八对块状锚点i（217）一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极e（207）的尾端；八对块状锚点j（218）均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点j（218）围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；八对块状锚点j（218）一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极e（207）的首端；八对块状锚点k（219）均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点k（219）围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；八对块状锚点k（219）一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极f（208）的尾端；八对块状锚点l（220）均键合于玻璃基底的上表面，且八对块状锚点l（220）围绕圆柱状中心锚点（101）的中心线对称分布；八对块状锚点l（220）一一对应地固定于八对单侧梳齿形电极f（208）的首端。3.根据权利要求1或2所述的一种具有环形拓扑梳齿的双模高精度微机械陀螺结构，其特征在于：圆柱状中心锚点（101）的高度、圆环状谐振质量（102）的高度、八根轮辐状内侧弹性支撑悬梁的高度、八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁的高度均一致；八根轮辐状内侧弹性支撑悬梁的尺寸一致；八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁的尺寸一致，且八对双侧梳齿形梁段b（108）的长度一一对应地大于八对双侧梳齿形梁段a（107）的长度，八对双侧梳齿形梁段c（109）的长度一一对应地大于八对双侧梳齿形梁段b（108）的长度；八对弧形内层电极（201）的尺寸一致；八对弧形外层电极（202）的尺寸一致，且八对弧形外层电极（202）的内侧面面积一一对应地等于八对弧形内层电极（201）的外侧面面积；八对单侧梳齿形电极a（203）的尺寸一致；八对单侧梳齿形电极b（204）的尺寸一致，且八对单侧梳齿形电极b（204）的长度一一对应地等于八对单侧梳齿形电极a（203）的长度；八对单侧梳齿形电极c（205）的尺寸一致，且八对单侧梳齿形电极c（205）的长度一一对应地大于八对单侧梳齿形电极b（204）的长度；八对单侧梳齿形电极d（206）的尺寸一致，且八对单侧梳齿形电极d（206）的长度一一对应地等于八对单侧梳齿形电极c（205）的长度；八对单侧梳齿形电极e（207）的尺寸一致，且八对单侧梳齿形电极e（207）的长度一一对应地大于八对单侧梳齿形电极d（206）的长度；八对单侧梳齿形电极f（208）的尺寸一致，且八对单侧梳齿形电极f（208）的长度一一对应地等于八对单侧梳齿形电极e（207）的长度。4.根据权利要求1或2所述的一种具有环形拓扑梳齿的双模高精度微机械陀螺结构，其特征在于：圆柱状中心锚点（101）、圆环状谐振质量（102）、八根轮辐状内侧弹性支撑悬梁、八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁均采用单晶硅片加工而成，且圆柱状中心锚点（101）、圆环状谐振质量（102）、八根轮辐状内侧弹性支撑悬梁、八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁采用体硅加工工艺制造为一体。5.根据权利要求2所述的一种具有环形拓扑梳齿的双模高精度微机械陀螺结构，其特征在于：八对块状锚点a（209）的尺寸、八对块状锚点b（210）的尺寸、八对块状锚点c（211）的尺寸、八对块状锚点d（212）的尺寸、八对块状锚点e（213）的尺寸、八对块状锚点f（214）的尺寸、八对块状锚点g（215）的尺寸、八对块状锚点h（216）的尺寸、八对块状锚点i（217）的尺寸、八对块状锚点j（218）的尺寸、八对块状锚点k（219）的尺寸、八对块状锚点l（220）的尺寸均一致。

技术总结
本发明涉及微机械振动陀螺，具体是一种具有环形拓扑梳齿的双模高精度微机械陀螺结构。本发明解决了现有微机械振动陀螺精度较差的问题。一种具有环形拓扑梳齿的双模高精度微机械陀螺结构，包括玻璃基底、谐振子部分、电极部分；所述谐振子部分包括圆柱状中心锚点、圆环状谐振质量、八根轮辐状内侧弹性支撑悬梁、八根轮辐状外侧弹性支撑悬梁；所述电极部分包括八对弧形内层电极、八对弧形外层电极、八对单侧梳齿形电极A、八对单侧梳齿形电极B、八对单侧梳齿形电极C、八对单侧梳齿形电极D、八对单侧梳齿形电极E、八对单侧梳齿形电极F。本发明适用于武器制导、航空航天、生物医学、消费品电子等领域。子等领域。子等领域。


技术研发人员：曹慧亮 刘学 刘俊 石云波 唐军 申冲
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：2023.09.04
技术公布日：2023/10/11