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CN113175923A - 一种mems波动陀螺仪 - Google Patents

一种mems波动陀螺仪 Download PDF

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CN113175923A
CN113175923A CN202110547836.3A CN202110547836A CN113175923A CN 113175923 A CN113175923 A CN 113175923A CN 202110547836 A CN202110547836 A CN 202110547836A CN 113175923 A CN113175923 A CN 113175923A
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axis
plane
gyroscope
mems
mode
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CN202110547836.3A
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马昭
占瞻
杨珊
阚枭
李杨
陈秋玉
洪燕
黎家健
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Ruisheng Kaitai Technology Wuhan Co ltd
AAC Technologies Holdings Shenzhen Co Ltd
Original Assignee
Ruisheng Kaitai Technology Wuhan Co ltd
AAC Acoustic Technologies Shenzhen Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种MEMS波动陀螺仪，包括基底；锚点结构；波动结构，包括N个横梁和M个直梁，横梁与M个直梁交错形成M个节点，且横梁被节点划分为M‑1个第一梁单元，直梁与N个横梁交错形成N个节点，且直梁被节点划分为N‑1个第二梁单元，位于波动结构外轮廓上的节点与锚点结构机械耦合；第一面内换能器，与第二梁单元机械场和电场耦合；第一面外换能器，与第二梁单元机械场和电场耦合；其中，N和M分别为不小于2的正整数；MEMS波动陀螺仪可工作在驱动模态和检测模态中，驱动模态包括面内波动模态以及面外波动模态，检测模态包括第一轴检测模态。本发明提供的MEMS波动陀螺仪能够提高灵敏度。

Description

一种MEMS波动陀螺仪
【技术领域】
本发明涉及陀螺仪技术领域，尤其涉及一种MEMS波动陀螺仪。
【背景技术】
微机械陀螺仪，即MEMS(Micro Electro Mechanical systems)陀螺仪，是一种典型的微型角速度微传感器，由于其尺寸小、功耗低和加工方便等优势在消费电子市场有着非常广泛的应用。近年来随着陀螺仪性能的逐步提升，广泛应用于汽车、工业、虚拟现实等领域。
MEMS面外摆动陀螺仪是MEMS面外检测陀螺仪中的典型代表。如图1至图3所示，相关技术中的MEMS面外摆动陀螺仪的驱动模态绕锚点100的轴摆动。当施加角速度Ω时，由于哥氏效应，陀螺仪将能量传递到检测模态，使质量结构200在相对驱动在面外摆动。通过检测面外摆动的位移即可获取Ω大小。然而，这种MEMS面外摆动陀螺仪的检测电容小及灵敏度低。
【发明内容】
本发明的目的在于提供了一种MEMS波动陀螺仪，该MEMS波动陀螺仪能够提高灵敏度。
为达到上述目的，本发明提供了一种MEMS波动陀螺仪，包括：
基底；
锚点结构，固定于所述基底；
波动结构，其外轮廓为矩形并悬置于所述基底上，所述波动结构包括沿第一轴间隔设置的N个横梁和沿第二轴间隔设置的M个直梁，所述横梁与M个所述直梁交错形成M个节点，且所述横梁被其上的所述节点划分为M-1个第一梁单元，所述直梁与N个所述横梁交错形成N个节点，且所述直梁被其上的所述节点划分为N-1个第二梁单元，位于所述波动结构外轮廓上的所述节点与所述锚点结构机械耦合；
第一面内换能器，所述第二梁单元沿所述第二轴的两相对侧分别设有与所述第二梁单元机械场和电场耦合的所述第一面内换能器，所述第一面内换能器固定于所述基底并与所述第二梁单元间隔设置；以及，
第一面外换能器，所述第二梁单元沿第三轴的两相对侧中的至少一侧设有与所述第二梁单元机械场和电场耦合的所述第一面外换能器，所述第一面外换能器固定于所述基底并与所述第二梁单元间隔设置；
其中，N和M分别为不小于2的正整数；所述第一轴、所述第二轴及所述第三轴之间相互垂直；所述MEMS波动陀螺仪可工作在驱动模态和检测模态中，所述驱动模态包括在所述波动结构平面内的面内波动模态以及在所述波动结构平面外的面外波动模态，所述检测模态包括以所述第一轴为检测轴的第一轴检测模态。
优选地，所述驱动模态下，所述第一梁单元和所述第二梁单元工作于二阶模态，且M-1个所述第一梁单元之间同相或反相运动，N-1个所述第二梁单元之间同相或反相运动；所述第一轴检测模态下，所述第二梁单元工作于二阶模态，且N-1个所述第二梁单元之间同相或反相运动。
优选地，所述第二梁单元沿所述第二轴的两相对侧分别固设有第一质量块，且所述第一质量块与所述第一面内换能器间隔设置。
优选地，所述检测模态还包括以所述第二轴为检测轴的第二轴检测模态，所述MEMS波动陀螺仪还包括：
第二面内换能器，所述第一梁单元沿所述第一轴的两侧分别设有与所述第一梁单元机械场和电场耦合的所述第二面内换能器，所述第二面内换能器固定于所述基底并与所述第一梁单元间隔设置；以及，
第二面外换能器，所述第一梁单元沿所述第三轴的两相对侧中的至少一侧设有与所述第一梁单元机械场和电场耦合的所述第二面外换能器，所述第二面外换能器固定于所述基底并与所述第一梁单元间隔设置。
优选地，所述第二轴检测模态下，所述第一梁单元工作于二阶模态，且M-1个所述第一梁单元之间同相或反相运动。
优选地，所述第一梁单元沿所述第一轴的两相对侧分别固设有第二质量块，且所述第二质量块与所述第二面内换能器间隔设置。
优选地，所述第一梁单元和所述第二梁单元长度相等。
优选地，所述第一梁单元和所述第二梁单元长度不相等。
优选地，所述锚点结构设于所述波动结构的外围，位于所述波动结构外轮廓上的所述节点与所述锚点结构之间连接有耦合梁。
优选地，所述锚点结构由多个锚点构成，所述耦合梁的一端连接于所述锚点，其另一端连接于位于所述波动结构外轮廓上的所述节点。
本发明的有益效果在于：
1、陀螺仪检测模态能实现反相振动，因此能实现陀螺仪差分检测，从而可以有效免疫加速度冲击与正交误差的影响以及提高灵敏度；
2、陀螺仪驱动模态为差分驱动，能有效提高驱动的稳定性；
3、陀螺仪驱动与检测模态均为波动模态，类似于多环陀螺仪，具有较好的抗振动特性；
4、陀螺仪可配置质量块以增加陀螺仪的检测哥氏质量，从而提升了芯片的面积使用率，增加了陀螺仪的灵敏度。
5、陀螺仪质量块与面外换能器均采用对称布局，便于实现差分检测。
【附图说明】
图1为相关技术提供的一种典型MEMS面外摆动陀螺仪的结构示意图；
图2为图1所示MEMS面外摆动陀螺仪驱动模态的示意图；
图3为图1所示MEMS面外摆动陀螺仪检测模态的示意图；
图4为本发明提供的MEMS波动陀螺仪实施例一的结构示意图；
图5为图4所示MEMS波动陀螺仪沿A-A方向的剖视图；
图6为图4所示MEMS面外摆动陀螺仪驱动模态下的示意图；
图7为图6所示MEMS面外摆动陀螺仪产生第一轴检测模态振型的振动的示意图；
图8为本发明提供的MEMS波动陀螺仪实施例二的结构示意图；
图9为本发明提供的MEMS波动陀螺仪实施例三的结构示意图；
图10为图9所示MEMS波动陀螺仪沿B-B方向的剖视图；
图11为图9所示MEMS波动陀螺仪沿C-C方向的剖视图；
图12为图9所示MEMS面外摆动陀螺仪驱动模态下的示意图；
图13为图12所示MEMS面外摆动陀螺仪产生第一轴检测模态振型的振动的示意图；
图14为图12所示MEMS面外摆动陀螺仪产生第二轴检测模态振型的振动的示意图；
图15为本发明提供的MEMS波动陀螺仪实施例四的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、内、外、顶部、底部……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
实施例一
请参阅图4和图5，本发明提供一种MEMS波动陀螺仪，该MEMS波动陀螺仪包括基底1、锚点结构2、波动结构3、第一面内换能器4及第一面外换能器5。其中，第一面内换能器4用于实现MEMS波动陀螺仪平面内的机械场(包括机械力、机械位移)与电场的耦合，第一面外换能器5用于实现MEMS波动陀螺仪平面外的机械场(包括机械力、机械位移)与电场的耦合，波动结构3为整个MEMS波动陀螺仪的振动部，波动结构3在MEMS波动陀螺仪平面内和平面外的机械场与电场的作用下产生振动。
基底1呈方体结构，当然也可以呈圆柱体结构。
锚点结构2固定于基底1。
波动结构3的外轮廓为矩形并悬置于基底1上。波动结构3包括沿第一轴X间隔设置的N个横梁31和沿第二轴Y间隔设置的M个直梁33，横梁31与M个直梁33交错形成M个节点3A，且横梁31被其上的节点3A划分为M-1个第一梁单元311，直梁33与N个横梁31交错形成N个节点3A，且直梁33被其上的节点3A划分为N-1个第二梁单元331，位于波动结构3外轮廓上的所述节点3A与锚点结构2机械耦合以将波动结构3悬置于基底1上。其中，N和M分别为不小于2的正整数；第一轴X和第二轴Y相互垂直；位于波动结构3外轮廓上的所述节点3A的数量为2(M+N)-4个。
在本实施例中，第一梁单元311和第二梁单元331长度不相等。
如图4所示，M和N均为3，则横梁31被其上的节点3A划分为2个第一梁单元311，直梁33被其上的节点3A划分2个第二梁单元331，位于波动结构3外轮廓上的节点3A的数量为8个。
第一面内换能器4用于实现该MEMS波动陀螺仪平面内的机械场(包括机械力、机械位移)与电场的耦合。具体地，第二梁单元331沿所述第二轴Y的两相对侧分别设有与第二梁单元331机械场和电场耦合的第一面内换能器4，第一面内换能器4固定于基底1并与第二梁单元331间隔设置。其中，第一面内换能器4的换能形式包括电容、电感、热电、压电中的一种或多种组合，进而使得第一面内换能器1能够实现多种换能形式以实现换能功能。
第一面外换能器5，用于实现该MEMS波动陀螺仪平面外的机械场(包括机械力、机械位移)与电场的耦合。具体地，如图5所示，第二梁单元331朝向基底1的一侧(即第二梁单元331沿第三轴Z的两相对侧中仅一侧)设有与第二梁单元331机械场(包括机械力、机械位移)和电场耦合的第一面外换能器5，第一面外换能器5固定于基底1并与第二梁单元331间隔设置。其中，第三轴Z与第一轴X和第二轴Y均垂直；第一面外换能器4的换能形式包括电容、电感、热电、压电中的一种或多种组合，进而使得第一面内换能器1能够实现多种换能形式以实现换能功能。
可以理解的是，第一面外换能器5并不局限于设于第二梁单元331朝向基底1的一侧，例如，在其他实施方式中，第一面外换能器还可以设于第二梁单元331背离基底1的一侧，或者，第二梁单元沿第三轴Z的两相对侧分别设有第一面外换能器。换而言之，第二梁单元331沿第三轴Z的两相对侧中的至少一侧设有与第二梁单元331机械场和电场耦合的第一面外换能器5。
需要说明的是，当第二梁单元331背离基底1的一侧设有第一面外换能器时，基底需设置两个，且波动结构位于两个基底之间。
如图4所示，锚点结构2设置在波动结构3的外围，位于波动结构3外轮廓上的节点3A与锚点结构2之间连接有耦合梁6。即节点3A与锚点结构2之间通过耦合梁6实现机械耦合。
如图4所示，锚点结构2由多个锚点21构成，耦合梁6的一端连接于锚点21，其另一端连接于位于波动结构3外轮廓上的节点3A。
实施例一的MEMS波动陀螺仪可工作在驱动模态和检测模态中，驱动模态包括在波动结构3平面内的面内波动模态以及在波动结构3平面外的面外波动模态，检测模态包括以第一轴X为检测轴的第一轴检测模态。
如图6和图7所示，通过外部驱动力，驱动波动结构3以驱动模态振型的振动，其中，驱动模态下，第一梁单元311和第二梁单元331工作于二阶模态，且M-1个第一梁单元311之间同相或反相运动，N-1个第二梁单元331之间同相或反相运动。此时，当MEMS波动陀螺仪受到第一轴X角速度ω，根据哥氏原理，角速度ω将产生沿第三轴Z方向的哥氏力合力，而哥氏力合力会迫使MEMS波动陀螺仪受产生以第一轴X为检测轴的第一轴检测模态振型的振动，其中，第一轴检测模态下，第二梁单元331工作于二阶模态，且N-1个第二梁单元331之间同相或反相运动。通过检测MEMS波动陀螺仪第三轴Z方向的振动位移，可获取角速度ω大小。其中，第一面内换能器4与第二梁单元331机械场和电场耦合以及第一面外换能器5与第二梁单元331机械场(包括机械力、机械位移)和电场耦合的作用：产生迫使MEMS波动陀螺仪以驱动模态振型的振动所需的外部驱动力；检测MEMS波动陀螺仪沿检测模态的振动方向的振动位移；抑制MEMS波动陀螺仪的正交误差。
实施例二
请参阅图8，实施例二与实施例一的区别仅在于：第二梁单元331沿第二轴Y的两相对侧分别固设有第一质量块7，且第一质量块7与第一面内换能器4间隔设置。
实施例三
请结合参阅图9至图11，实施例三与实施一的区别仅在于：MEMS波动陀螺仪还包括第二面内换能器8和第二面外换能器9。其中，第二面内换能器8用于实现MEMS波动陀螺仪平面内的机械场(包括机械力、机械位移)与电场的耦合，第二面外换能器9用于实现MEMS波动陀螺仪平面外的机械场(包括机械力、机械位移)与电场的耦合。
第一梁单元311沿第一轴X的两侧分别设有与第一梁单元311机械场和电场耦合的第二面内换能器8，第二面内换能器8固定于基底1并与第一梁单元311间隔设置。其中，第二面内换能器8的换能形式包括电容、电感、热电、压电中的一种或多种组合，进而使得第二面内换能器8能够实现多种换能形式以实现换能功能。
第一梁单元311朝向基底1的一侧(即第一梁单元311沿第三轴Z的两相对侧中仅一侧)设有与所述第一梁单元311机械场和电场耦合的第二面外换能器9，第二面外换能器9固定于基底1并与第一梁单元311间隔设置。其中，第二面外换能器9的换能形式包括电容、电感、热电、压电中的一种或多种组合，进而使得第二面外换能器9能够实现多种换能形式以实现换能功能。
可以理解的是，第二面外换能器9并不局限于设于第一梁单元311朝向基底1的一侧，例如，在其他实施方式中，第二面外换能器还可以设于第一梁单元背离基底的一侧，或者，第一梁单元沿第三轴Z的两相对侧分别设有第二面外换能器。换而言之，第一梁单元311沿第三轴Z的两相对侧中的至少一侧设有与第一梁单元311机械场和电场耦合的第二面外换能器9。
在本实施例中，第一梁单元311和第二梁单元331长度相等。
实施例三的MEMS波动陀螺仪可工作在驱动模态和检测模态中，驱动模态包括在波动结构3平面内的面内波动模态以及在波动结构3平面外的面外波动模态，检测模态包括以第一轴X为检测轴的第一轴检测模态以及以第二轴Y为检测轴的第二轴检测模态。
如图12和图13所示，通过外部驱动力，驱动波动结构3以驱动模态振型的振动，其中，驱动模态下，第一梁单元311和第二梁单元331工作于二阶模态，且M-1个第一梁单元311之间同相或反相运动，N-1个第二梁单元331之间同相或反相运动。此时，当MEMS波动陀螺仪受到第一轴X角速度ω，根据哥氏原理，角速度ω将产生沿第三轴Z方向的哥氏力合力，而哥氏力合力会迫使MEMS波动陀螺仪受产生以第一轴X为检测轴的第一轴检测模态振型的振动，其中，第一轴检测模态下，第二梁单元331工作于二阶模态，且N-1个第二梁单元331之间同相或反相运动。通过检测MEMS波动陀螺仪第三轴Z方向的振动位移，可获取角速度ω大小。其中，第一面内换能器4与第二梁单元331机械场和电场耦合、第一面外换能器5与第二梁单元331机械场(包括机械力、机械位移)和电场耦合、第二面内换能器8与第一梁单元311机械场和电场耦合以及第二面外换能器9与第一梁单元311机械场(包括机械力、机械位移)和电场耦合的作用：产生迫使MEMS波动陀螺仪以驱动模态振型的振动所需的外部驱动力；检测MEMS波动陀螺仪沿检测模态的振动方向的振动位移；抑制MEMS波动陀螺仪的正交误差。
如图12和图14所示，通过外部驱动力，驱动波动结构3以驱动模态振型的振动，其中，驱动模态下，第一梁单元311和第二梁单元331工作于二阶模态，且M-1个第一梁单元311之间同相或反相运动，N-1个第二梁单元331之间同相或反相运动。此时，当MEMS波动陀螺仪受到第二轴Y角速度ω，根据哥氏原理，角速度ω将产生沿第三轴Z方向的哥氏力合力，而哥氏力合力会迫使MEMS波动陀螺仪受产生以第二轴Y为检测轴的第二轴检测模态振型的振动，其中，第二轴检测模态下，第一梁单元311工作于二阶模态，且N-1个第一梁单元311之间同相或反相运动。通过检测MEMS波动陀螺仪第三轴Z方向的振动位移，可获取角速度ω大小。
实施例四
请参阅图15，实施例四与实施三的区别仅在于：第二梁单元331沿第二轴Y的两相对侧分别固设有第一质量块7，且第一质量块7与第一面内换能器4间隔设置；第一梁单元311沿第一轴X的两相对侧分别固设有第二质量块10，且第二质量块10与第二面内换能器8间隔设置。
需要说明的是，实施例三和实施例四所示的MEMS波动陀螺仪作双轴检测(即MEMS波动陀螺仪产生以第一轴X为检测轴的第一轴检测模态振型的振动和第二轴Y为检测轴的第二轴检测模态振型的振动)时，第一单元梁311和第二单元梁331也可以不相等。具体地，一般陀螺在实际工作时，双轴检测频率会有一定差异，此时第一单元梁311和第二单元梁331的长度可以不相等。
在本发明实施例中，本MEMS波动陀螺仪具有以下优点：
1、陀螺仪检测模态能实现反相振动，因此能实现陀螺仪差分检测，从而可以有效免疫加速度冲击与正交误差的影响以及提高灵敏度；
2、陀螺仪驱动模态为差分驱动，能有效提高驱动的稳定性；
3、陀螺仪驱动与检测模态均为波动模态，类似于多环陀螺仪，具有较好的抗振动特性；
4、陀螺仪可配置质量块以增加陀螺仪的检测哥氏质量，从而提升了芯片的面积使用率，增加了陀螺仪的灵敏度。
5、陀螺仪质量块与面外换能器均采用对称布局，便于实现差分检测。
以上的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种MEMS波动陀螺仪，包括：
基底；
锚点结构，固定于所述基底；
波动结构，其外轮廓为矩形并悬置于所述基底上，所述波动结构包括沿第一轴间隔设置的N个横梁和沿第二轴间隔设置的M个直梁，所述横梁与M个所述直梁交错形成M个节点，且所述横梁被其上的所述节点划分为M-1个第一梁单元，所述直梁与N个所述横梁交错形成N个节点，且所述直梁被其上的所述节点划分为N-1个第二梁单元，位于所述波动结构外轮廓上的所述节点与所述锚点结构机械耦合；
第一面内换能器，所述第二梁单元沿所述第二轴的两相对侧分别设有与所述第二梁单元机械场和电场耦合的所述第一面内换能器，所述第一面内换能器固定于所述基底并与所述第二梁单元间隔设置；以及，
第一面外换能器，所述第二梁单元沿第三轴的两相对侧中的至少一侧设有与所述第二梁单元机械场和电场耦合的所述第一面外换能器，所述第一面外换能器固定于所述基底并与所述第二梁单元间隔设置；
其中，N和M分别为不小于2的正整数；所述第一轴、所述第二轴及所述第三轴之间相互垂直；所述MEMS波动陀螺仪可工作在驱动模态和检测模态中，所述驱动模态包括在所述波动结构平面内的面内波动模态以及在所述波动结构平面外的面外波动模态，所述检测模态包括以所述第一轴为检测轴的第一轴检测模态。
2.根据权利要求1所述的MEMS波动陀螺仪，其特征在于：所述驱动模态下，所述第一梁单元和所述第二梁单元工作于二阶模态，且M-1个所述第一梁单元之间同相或反相运动，N-1个所述第二梁单元之间同相或反相运动；所述第一轴检测模态下，所述第二梁单元工作于二阶模态，且N-1个所述第二梁单元之间同相或反相运动。
3.根据权利要求1所述的MEMS波动陀螺仪，其特征在于：所述第二梁单元沿所述第二轴的两相对侧分别固设有第一质量块，且所述第一质量块与所述第一面内换能器间隔设置。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的MEMS波动陀螺仪，其特征在于：所述检测模态还包括以所述第二轴为检测轴的第二轴检测模态，所述MEMS波动陀螺仪还包括：
第二面内换能器，所述第一梁单元沿所述第一轴的两侧分别设有与所述第一梁单元机械场和电场耦合的所述第二面内换能器，所述第二面内换能器固定于所述基底并与所述第一梁单元间隔设置；以及，
第二面外换能器，所述第一梁单元沿所述第三轴的两相对侧中的至少一侧设有与所述第一梁单元机械场和电场耦合的所述第二面外换能器，所述第二面外换能器固定于所述基底并与所述第一梁单元间隔设置。
5.根据权利要求4所述的MEMS波动陀螺仪，其特征在于：所述第二轴检测模态下，所述第一梁单元工作于二阶模态，且M-1个所述第一梁单元之间同相或反相运动。
6.根据权利要求4所述的MEMS波动陀螺仪，其特征在于：所述第一梁单元沿所述第一轴的两相对侧分别固设有第二质量块，且所述第二质量块与所述第二面内换能器间隔设置。
7.根据权利要求4所述的MEMS波动陀螺仪，其特征在于：所述第一梁单元和所述第二梁单元长度相等。
8.根据权利要求1所述的MEMS波动陀螺仪，其特征在于：所述第一梁单元和所述第二梁单元长度不相等。
9.根据权利要求1所述的MEMS波动陀螺仪，其特征在于：所述锚点结构设于所述波动结构的外围，位于所述波动结构外轮廓上的所述节点与所述锚点结构之间连接有耦合梁。
10.根据权利要求9所述的MEMS波动陀螺仪，其特征在于：所述锚点结构由多个锚点构成，所述耦合梁的一端连接于所述锚点，其另一端连接于位于所述波动结构外轮廓上的所述节点。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113639736A (zh) * 2021-08-09 2021-11-12 瑞声开泰科技(武汉)有限公司 微机械陀螺仪
CN114353776A (zh) * 2021-12-31 2022-04-15 瑞声开泰科技(武汉)有限公司 一种基于旋转模态的mems陀螺

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114623814A (zh) * 2022-01-19 2022-06-14 瑞声开泰科技(武汉)有限公司 一种mems陀螺仪

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6843127B1 (en) * 2003-07-30 2005-01-18 Motorola, Inc. Flexible vibratory micro-electromechanical device
CN102062604A (zh) * 2009-11-17 2011-05-18 北京大学 一种电容式微机械音叉陀螺仪
CN102959356A (zh) * 2010-04-30 2013-03-06 高通Mems科技公司 微机械压电z轴陀螺仪
US20130174661A1 (en) * 2012-01-05 2013-07-11 Burkhard Kuhlmann Rotation rate sensor and method for operating a rotation rate sensor
US20130180332A1 (en) * 2012-01-17 2013-07-18 Kemiao Jia Fully Decoupled Lateral Axis Gyroscope with Thickness-Insensitive Z-Axis Spring and Symmetric Teeter Totter Sensing Element
CN105917242A (zh) * 2013-11-20 2016-08-31 萨甘安全防护公司 利用具有混合振动和摆动操作的移动敏感元件的传感器以及控制这样的传感器的方法
US20160349054A1 (en) * 2015-06-01 2016-12-01 Analog Devices, Inc. Micromachined Cross-Hatch Vibratory Gyroscopes
CN109737943A (zh) * 2019-03-12 2019-05-10 苏州感测通信息科技有限公司 高精度mems陀螺仪

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5955668A (en) * 1997-01-28 1999-09-21 Irvine Sensors Corporation Multi-element micro gyro
WO2001033711A1 (en) * 1999-11-02 2001-05-10 Eta Sa Fabriques D'ebauches Time base comprising an integrated micromechanical ring resonator
FR2821422B1 (fr) * 2001-02-23 2003-05-23 Sagem Resonateur mecanique planaire sensible selon un axe perpendiculaire a son plan
FI116544B (fi) * 2004-12-31 2005-12-15 Vti Technologies Oy Värähtelevä mikromekaaninen kulmanopeusanturi
US7360423B2 (en) * 2005-01-29 2008-04-22 Georgia Tech Research Corp. Resonating star gyroscope
DE102009002066A1 (de) * 2009-03-31 2010-10-07 Sensordynamics Ag Verfahren zum Erfassen von Beschleunigungen und Drehraten sowie MEMS-Sensor
DE202009007836U1 (de) * 2009-06-03 2009-08-20 Sensordynamics Ag MEMS-Sensor
JP5287939B2 (ja) * 2011-06-28 2013-09-11 株式会社デンソー 角速度センサ
JP6176001B2 (ja) * 2012-11-29 2017-08-09 株式会社デンソー ジャイロセンサ
FI125695B (en) * 2013-09-11 2016-01-15 Murata Manufacturing Co Improved gyroscope construction and gyroscope
US9409768B2 (en) * 2013-10-28 2016-08-09 Teledyne Scientific & Imaging, Llc MEMS device with integrated temperature stabilization
DE102017213802A1 (de) * 2017-08-08 2019-02-14 Robert Bosch Gmbh Drehratensensor, Verfahren zur Herstellung eines Drehratensensors
EP3671116B1 (en) * 2018-12-19 2021-11-17 Murata Manufacturing Co., Ltd. Synchronized multi-axis gyroscope
US11125579B2 (en) * 2019-03-29 2021-09-21 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Calibration system, and sensor system including the same

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6843127B1 (en) * 2003-07-30 2005-01-18 Motorola, Inc. Flexible vibratory micro-electromechanical device
CN102062604A (zh) * 2009-11-17 2011-05-18 北京大学 一种电容式微机械音叉陀螺仪
CN102959356A (zh) * 2010-04-30 2013-03-06 高通Mems科技公司 微机械压电z轴陀螺仪
US20130174661A1 (en) * 2012-01-05 2013-07-11 Burkhard Kuhlmann Rotation rate sensor and method for operating a rotation rate sensor
US20130180332A1 (en) * 2012-01-17 2013-07-18 Kemiao Jia Fully Decoupled Lateral Axis Gyroscope with Thickness-Insensitive Z-Axis Spring and Symmetric Teeter Totter Sensing Element
CN105917242A (zh) * 2013-11-20 2016-08-31 萨甘安全防护公司 利用具有混合振动和摆动操作的移动敏感元件的传感器以及控制这样的传感器的方法
US20160349054A1 (en) * 2015-06-01 2016-12-01 Analog Devices, Inc. Micromachined Cross-Hatch Vibratory Gyroscopes
CN109737943A (zh) * 2019-03-12 2019-05-10 苏州感测通信息科技有限公司 高精度mems陀螺仪

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
占瞻: "基于正交双环结构的强并联共耦微机械陀螺仪研究", 中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑, no. 2020, 15 February 2020 (2020-02-15), pages 136 - 156 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113639736A (zh) * 2021-08-09 2021-11-12 瑞声开泰科技(武汉)有限公司 微机械陀螺仪
CN114353776A (zh) * 2021-12-31 2022-04-15 瑞声开泰科技(武汉)有限公司 一种基于旋转模态的mems陀螺

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