本實用新型涉及微機械陀螺儀研究領域，具體地，涉及一種降低力矩的微機械陀螺儀正交誤差補償結構。

背景技術：

微機械陀螺儀結構基于Coriolis力原理工作，外界角速度將驅動方向的能量耦合到檢測方向上引起檢測質量塊運動，從而實現角速度測量。但是，由于加工誤差的存在，導致驅動運動直接耦合到檢測方向上而不經過角速度的作用(如圖1、圖2所示)，因此產生的是誤差信號。該誤差信號的相位與驅動位移相同，與Coriolis信號相差90度，因此稱為正交誤差。為了提高微機械陀螺儀的精度，需要對正交誤差進行補償或抑制。

由于正交誤差與Coriolis信號相差90度，因此可以通過相敏解調來抑制正交誤差，但是實際中由于解調信號與正交誤差之間的相位不可能剛好相差90度，導致部分正交誤差殘留，且從電路上實現精確的相位控制會付出非常大的代價。

電荷注入是補償正交誤差的另一種方法，該方法通過解調出正交誤差信號，再將該信號反饋回檢測前端運放，從而實現正交誤差補償。該方法的缺點同上，由于解調相位的偏差導致部分正交誤差殘留。

另一種補償正交誤差的方法是，在驅動或檢測質量塊上增加施力電極，在施力電極上加載與正交誤差運動反相的交流電壓，產生交變力，從而使正交誤差運動被抵消掉。該方法從根源上消除了正交誤差，但是施力電極上加載電壓的相位的精確控制決定了該方法的效果，這種方法實現非常困難。

另外，現有的結構在解決陀螺儀正交誤差補償時會產生力矩，導致不良影響。

綜上所述，本申請實用新型人在實現本申請實用新型技術方案的過程中，發(fā)現上述技術至少存在如下技術問題：

在現有技術中，現有的微機械陀螺儀正交誤差補償存在成本較高，或難于實現，或具有正交誤差殘留，或產生力矩，導致不良影響的技術問題。

技術實現要素：

本實用新型提供了一種降低力矩的微機械陀螺儀正交誤差補償結構，解決了現有的微機械陀螺儀正交誤差補償存在成本較高，或難于實現，或具有正交誤差殘留，或產生力矩，導致不良影響的技術問題，實現了結構設計合理，簡單的實現了補償正交誤差，并且降低了力矩，避免產生不良影響的技術效果。

為解決上述技術問題，本申請?zhí)峁┝艘环N降低力矩的微機械陀螺儀正交誤差補償結構，補償結構位于質量塊(8)內部空腔中，所述補償結構包括：

第一動齒(2)、第二動齒(4)、第三動齒(5)、第四動齒(7)、第一定齒(3)、第二定齒(6)、連接件(10)；第一動齒(2)位于動齒(4)上方，第一動齒(2) 的一端和第二動齒(4)的一端均與質量塊(8)的左側內壁連接，第一定齒(3) 一端與連接件(10)連接，第一定齒(3)另一端延伸至第一動齒(2)與第二動齒(4)之間；第三動齒(5)位于第四動齒(7)上方，第三動齒(5)的一端和第四動齒(7)的一端均與質量塊(8)的右側內壁連接，第二定齒(6)一端與連接件(10)連接，第二定齒(6)另一端延伸至第三動齒(5)與第四動齒(7) 之間；其中，第一動齒(2)、第二動齒(4)、第三動齒(5)、第四動齒(7)與質量塊(8)具有相同電位，第一定齒(3)、第二定齒(6)與連接件(10)具有相同電位，第一動齒(2)、第二動齒(4)、第三動齒(5)、第四動齒(7)、質量塊(8)與第一定齒(3)、第二定齒(6)、連接件(10)之間具有一電壓V_DC，該電壓可通過外部電路加載并可調整其大小。

其中，本實用新型提出了一種補償微機械陀螺儀正交誤差的結構，該結構產生的補償靜電力與正交誤差自動保持同步，沒有相位控制的問題，該結構只需調整一個直流電壓的大小就可以實現對不同大小正交誤差的補償，控制簡單，大大降低了后續(xù)信號處理的復雜度，并且方便了器件的校準，有利于提高器件良品率，降低生產成本。

并且，補償結構(1)位于質量塊(8)內部空腔中，補償梳齒電極分布在質量塊外側的設計會產生較大的力矩，導致不良影響，而本申請中的梳齒結構位于質量塊內，產生的力矩較小，降低了力矩的影響，避免產生不良影響。

進一步的，該結構可由摻雜的單晶硅、多晶硅、金屬等微機械加工材料加工而成，補償結構(1)為導體，且連接件(10)固定在襯底上。

進一步的，動齒(2)與定齒(3)之間的間距、動齒(4)和定齒(3)之間的間距、動齒(5)與定齒(6)之間的間距、動齒(7)和定齒(6)之間的間距均相等，此設計可增加微結構的匹配性，減小工藝誤差的影響。

進一步的，定齒(3)、定齒(6)、動齒(2)、動齒(7)的厚度相同，動齒 (4)、動齒(5)的厚度相同，定齒(3)的厚度大于動齒(4)的厚度。從而使得在動齒(2)、動齒(4)上受到的垂直于梳齒方向的靜電力大小不同，其合力方向向上；在動齒(5)、動齒(7)上受到的垂直于梳齒方向的靜電力大小不同，其合力方向向下。

進一步的，質量塊受到的靜電力為：

其中，ε為空氣介電常數，t₁為動齒(2)的厚度，t₂為動齒(4)的厚度， x₀為梳齒靜止時定齒與動齒的重疊長度，Δx為質量塊的驅動位移，d₀為梳齒間間隙。

本申請?zhí)峁┑囊粋€或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優(yōu)點：

本實用新型中的微機械陀螺儀正交誤差補償結構，在梳齒的動齒和定齒施加一個直流電壓后就可以在動齒上產生與正交誤差反相的靜電力，從而補償正交誤差，避免了傳統(tǒng)的成本較高或難于實現的方式，簡單低成本的實現了補償正交誤差。

進一步的，本實用新型中的結構能夠通過改變直流電壓的大小可以改變靜電力的大小，從而補償不同大小的正交誤差，方便器件的校準。

進一步的，本實用新型中的結構產生的力矩較小，降低了力矩的影響，避免產生不良影響。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本實用新型實施例的限定；

圖1是本申請中角速度為0，無正交誤差時質量塊運動情況示意圖；

圖2是本申請中角速度為0，有正交誤差時質量塊運動情況示意圖；

圖3是本申請中微機械陀螺儀正交誤差補償結構的結構示意圖；

圖4是本申請中梳齒2、梳齒3、梳齒4的剖面圖；

圖5是本申請中梳齒2、梳齒3、梳齒4的俯視放大圖。

具體實施方式

本實用新型提供了一種降低力矩的微機械陀螺儀正交誤差補償結構，解決了現有的微機械陀螺儀正交誤差補償存在成本較高，或難于實現，或具有正交誤差殘留，或產生力矩，導致不良影響的技術問題，實現了結構設計合理，簡單的實現了補償正交誤差，并且降低了力矩，避免產生不良影響的技術效果。

為了能夠更清楚地理解本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點，下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型進行進一步的詳細描述。需要說明的是，在相互不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本實用新型，但是，本實用新型還可以采用其他不同于在此描述范圍內的其他方式來實施，因此，本實用新型的保護范圍并不受下面公開的具體實施例的限制。

由于傳統(tǒng)的結構分布在質量塊的兩側，導致作用力的作用線不在一條直線上，會產生力矩，導致不良影響。為了降低力矩，需要將補償結構盡量安排在質量塊的中心位置。

如圖3所示，結構8為質量塊，動齒2、4、5、7與結構8相連，結構10與襯底相連，定齒3、6與10相連。動齒2和定齒3之間的間距、動齒4和定齒3 之間的間距、動齒5和定齒6之間的間距以及動齒7和定齒6之間的間距均相等。定齒3、6、動齒2、7的厚度相同且大于動齒4、5的厚度?；驹砣缜八?，在定齒3、6與動齒2、4、5、7之間施加一直流電壓V_DC，

動齒2受到定齒3向下的靜電力：

動齒4受到定齒3向上的靜電力：

動齒5受到定齒6向下的靜電力：

動齒7受到定齒6向上的靜電力：

由于動齒2、4、5、7與質量塊8相連，質量塊受到的靜電力為：

從上式可知，正交誤差補償靜電力F始終保持與驅動位移Δx同步變化。

綜上所述，本實用新型提出的結構可以利用一直流電壓產生與正交誤差相位完全同步的補償力，從而非常有利于MEMS陀螺儀零偏的校準，有利于提高器件性能。

本申請?zhí)峁┑囊粋€或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優(yōu)點：

本實用新型中的微機械陀螺儀正交誤差補償結構，在梳齒的動齒和定齒施加一個直流電壓后就可以在動齒上產生與正交誤差反相的靜電力，從而補償正交誤差，避免了傳統(tǒng)的成本較高或難于實現的方式，簡單低成本的實現了補償正交誤差。

進一步的，本實用新型中的結構能夠通過改變直流電壓的大小可以改變靜電力的大小，從而補償不同大小的正交誤差，方便器件的校準。

進一步的，本實用新型中的結構產生的力矩較小，降低了力矩的影響，避免產生不良影響。

盡管已描述了本實用新型的優(yōu)選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本實用新型范圍的所有變更和修改。

顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。