CN105466406B - 工字型结构的硅微机械振动陀螺 - Google Patents

工字型结构的硅微机械振动陀螺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工字型结构的硅微机械振动陀螺，用于测量垂直于基座水平的测量仪器，由上层单晶硅、中间层单晶硅、下层单晶硅构成，上层单晶硅为布置有信号输入和输出线的硅微陀螺仪封装盖板，中间层单晶硅片上制作的为陀螺仪机械结构，下层单晶硅为布置有固定基座的陀螺仪衬底，中间层单晶硅密封在由上层单晶硅和下层单晶硅形成的密闭空腔。本发明误差小、机械灵敏度高、振动灵敏度低和温度灵敏度低，能实现驱动模态与检测模态的运动解耦、大幅度振动和检测输出解耦。

Description

工字型结构的硅微机械振动陀螺
技术领域
本发明属于微电子机械系统和微惯性测量技术，特别是一种工字型结构的硅微机械振动陀螺。
背景技术
硅微机械陀螺是一种测量转动角速率的惯性传感器，采用微机械加工技术实现结构加工，并可以与所需的电子线路完全集成在一个硅片上，从而具有体积小、成本低、重量轻、可靠性高等优点，在军民两用领域有着重要的应用价值。
目前，硅微机械陀螺性能已从普通车用级发展到了接近战术级水平(1°/h)，但如振动、温度等环境中的应用其性能较差，特别是振动环境。具有双质量的音叉陀螺被公认为具有较好的振动抑制能力，但由于音叉陀螺具有两个质量块，低阶模态数多，又品质因数高以及加工误差等原因，音叉陀螺仍然具有较大的振动误差，从而影响了其实际应用。
2007年，裘安萍，施芹等提出了一种双质量振动式硅微陀螺(200710133223.5)，该陀螺结构由左右两个质量块组成，质量块通过支撑系统与上下两根横梁相连，该横梁通过两组扭杆与固定基座连接。试验表明，该陀螺具有误差小和灵敏度高等特点，具有较高的静态性能。但该结构只通过位于中间的扭杆与锚点相连，结构的稳定性较差；同时，结构的低阶模态多，且在工作模态附近，在振动环境中，这些模态的运动对陀螺输出有较大影响。此外，扭杆的刚度会影响陀螺检测模态的频率，而扭杆直接与锚点相连，扭杆刚度受到加工应力和封装应力的影响，从而影响陀螺输出，降低其温度性能。
2014年，法国Tronics公司提出了一种z轴微机械陀螺(WO 2014/094996A1)，该z轴微机械陀螺采用了与ZL 200710133223.5陀螺相同的结构形式，同样由左右两个质量块组成，质量块通过支撑系统与上下两根横梁相连，该横梁通过耦合支撑梁与固定基座连接。此外，该发明还列举了耦合支撑梁的几种方案，包括结构形式和布置方式。但该专利申报的结构方案存在与ZL 200710133223.5陀螺同样的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种误差小、机械灵敏度高、振动灵敏度低和温度灵敏度低的硅微机械陀螺，能实现驱动模态与检测模态的运动解耦、大幅度振动和检测输出解耦。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种工字型结构的硅微机械振动陀螺，用于测量垂直于基座水平的测量仪器，由上层单晶硅、中间层单晶硅、下层单晶硅构成，上层单晶硅为布置有信号输入和输出线的硅微陀螺仪封装盖板，中间层单晶硅片上制作的为陀螺仪机械结构，下层单晶硅为布置有固定基座的陀螺仪衬底，中间层单晶硅密封在由上层单晶硅和下层单晶硅形成的密闭空腔；中间层单晶硅的机械结构包括子结构、工字型框架、扭杆、多折梁和隔离结构，两个子结构对称布置在工字型框架内，并通过驱动梁与工字型框架相连，工字型框架通过分布在下上端的扭杆、多折梁与隔离结构相连，该隔离结构与下层单晶硅上的固定基座键合，使中间层单晶硅的机械结构悬空在上层单晶硅与下层单晶硅之间。
本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)硅微机械陀螺结构通过四根多折梁和中间的对扭杆与隔离结构相连，增加了结构的稳定性，提高了结构抗振动性能；(2)硅微机械陀螺结构通过四根多折梁和上下中间的扭杆与隔离框架相连，增加了陀螺z方向的支撑刚度，客服了MEMS制备工艺厚度方向尺寸小而导致z方向刚度低的缺点；(3)两个子结构通过工字型框架相连，增加了陀螺结构的x方向刚度和y方向刚度，有效抑制同相作用力的影响，如振动、冲击；(4)驱动支撑梁和检测支持梁与工字型框架相连，工字型框架再通过扭杆和多折梁与隔离结构相连，而隔离结构与固定基座相连，这种连接方式大大减小了加工应力和封装应力的影响，减小了温度误差；(5)两个子结构通工字型框架连接在一起，再通过扭杆和多折支撑梁与固定基座相连，实现了两个子结构的音叉运动；(6)两个子结构的驱动运动和检测运动均为相向运动，形成梳齿差动电容检测，实现了敏感输出解耦，抑制了干扰信号；(7)两个子结构左右对称布置，增加了输出信号，为单质量块输出信号的两倍；(8)采用两组支承梁将驱动部分与检测部分分开，实现了驱动方向与检测方向的运动解耦，从而减小误差信号。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明一种工字型结构的硅微机械振动陀螺的结构示意图。
图2是本发明硅微机械陀螺的驱动谐振器结构示意图。
图3是本发明另一种工字型结构的硅微机械振动陀螺的结构示意图。
图4是本发明硅微机械陀螺的开环检测方案的梳齿结构示意图。
图5是本发明硅微机械陀螺的闭环检测方案的梳齿结构示意图。
具体实施方式
本发明工字型结构的硅微机械振动陀螺，用于测量垂直于基座水平的测量仪器，由上层单晶硅、中间层单晶硅、下层单晶硅构成，上层单晶硅为布置有信号输入和输出线的硅微陀螺仪封装盖板，中间层单晶硅片上制作的为陀螺仪机械结构，下层单晶硅为布置有固定基座的陀螺仪衬底，上层单晶硅封装盖板和下层单晶衬底形成了密闭空腔；中间层单晶硅的机械结构包括子结构、工字型框架、扭杆、多折梁和隔离结构，两个子结构对称布置在工字型框架内，并通过驱动梁与工字型框架相连，工字型框架通过分布在下上端的扭杆、多折梁与隔离结构相连，该隔离结构与下层单晶硅上的固定基座键合，使中间层单晶硅的机械结构悬空在上层单晶硅与下层单晶硅之间。
结合图1，本发明工字型结构的硅微机械振动陀螺的中间层单晶硅片上的陀螺仪机械结构由第一子结构100、第二子结构200、工字型框架2、第一多折梁3a、第二多折梁3b、第三多折梁3c、第四多折梁3d、第一扭杆4a、第二扭杆4b、第一隔离结构5a和第二隔离结构5b组成，第一子结构100和第二子结构200组成及结构完全相同，并关于y轴对称布置在工字型框架2内(y轴方向为上下，x轴方向为左右)；第一子结构100通过第一驱动支撑梁104a、第二驱动支撑梁104b、第三驱动支撑梁104c、第四驱动支撑梁104d与工字型框架2连接，第二子结构200通过第五驱动支撑梁204a、第六驱动支撑梁204b、第七驱动支撑梁204c、第八驱动支撑梁204d与工字型框架2连接；所述工字型框架2通过第一多折梁3a、第二多折梁3b、第一扭杆4a与位于工字型框架2上方的第一隔离结构5a相连(第一扭杆4a位于第一多折梁3a、第二多折梁3b中间)；工字型框架2通过第三多折梁3c、第四多折梁3d、第二扭杆4b与位于工字型框架2下方的第二隔离结构5b相连(第二扭杆4b位于第三多折梁3c、第四多折梁3d之间)；第一隔离结构5a与下层单晶硅上的第一固定基座6a、第二固定基座6b键合，第二隔离结构5b与下层单晶硅上的第三固定基座6c和第四固定基座6d键合。
本发明工字型结构的硅微机械振动陀螺的第一子结构100包括第一回字形框架101、第一检测支撑梁102a、第二检测支撑梁102b、第三检测支撑梁102c、第四检测支撑梁102d、第一驱动谐振器105a、第二驱动谐振器105b、第一活动检测梳齿107、第一固定检测梳齿108、第一检测梳齿固定电极106a和第二检测梳齿固定电极106b，第一回字形框架101上设置了第一活动检测梳齿107，与设置在第一、二检测梳齿固定电极106a、106b上的第一固定检测梳齿108构成检测梳齿电容，第一、二检测梳齿固定电极106a、106b与下层单晶硅上对应的固定基座键合；第一回字形框架101的上端通过第一检测支撑梁102a、第二检测支撑梁102b与第一驱动谐振器105a相连，第一回字形框架101的下端通过第三检测支撑梁102c和第四检测支撑梁102d与第二驱动谐振器105b相连；第一驱动谐振器105a上的第一驱动支撑梁104a和第二驱动支撑梁104b与工字型框架2连接，第二驱动谐振器105b上的第三驱动梁104c、第四驱动梁104d与工字型框架2连接。
第二子结构200包括第二回字形框架201、第五检测支撑梁202a、第六检测支撑梁202b、第七检测支撑梁202c、第八检测支撑梁202d、第三驱动谐振器205a、第四驱动谐振器205b、第二活动检测梳齿207、第二固定检测梳齿208、第三检测梳齿固定电极206a和第四检测梳齿固定电极206b，第二回字形框架201上设置了第二活动检测梳齿207，与设置在第三、四测梳齿固定电极206a、206b上的第二固定检测梳齿208构成检测梳齿电容，第三、四测梳齿固定电极206a、206b与下层单晶硅上对应的固定基座键合；第二回字形框架201的上端通过第五检测支撑梁202a、第六检测支撑梁202b与第三驱动谐振器205a相连，第二回字形框架201的下端通过第其检测支撑梁202c和第八检测支撑梁202d与第四驱动谐振器205b相连；第三驱动谐振器205a上的第五驱动支撑梁204a和第六驱动支撑梁204b与工字型框架2连接，第四驱动谐振器205b上的第七驱动梁204c、第八驱动梁204d与工字型框架2连接。
结合图1和图2，本发明工字型结构的硅微机械振动陀螺的第一驱动谐振器105a与第二驱动谐振器105b组成及结构完全一样，该第一驱动谐振器105a由第一横板103a、第一驱动支撑梁104a、第二驱动支撑梁104b、第一梳齿梁111a、第二梳齿梁111b、第三梳齿梁111c、第四梳齿梁111d、第一驱动梳齿固定电极110a、第二驱动梳齿固定电极110b、第三驱动梳齿固定电极110c、第四驱动梳齿固定电极110d、第一驱动检测梳齿固定电极109a和第二驱动检测梳齿固定电极109b组成。第一驱动支撑梁104a、第二驱动支撑梁104b位于第一横板103a的两端，且与第一横板103a互相垂直。第一、二、三、四梳齿梁111a、111b、111c、111d垂直布置在第一横板103a上，且依次排列在第一驱动支撑梁104a和第二驱动支撑梁104b之间。第二梳齿梁111b和第三梳齿梁111c的两侧布置了活动驱动梳齿，分别与第一驱动梳齿固定电极110a、第二驱动梳齿固定电极110b、第三驱动梳齿固定电极110c、第四驱动梳齿固定电极110d上设置的固定驱动梳齿构成驱动电容。第一梳齿梁111a和第四梳齿梁111d的单侧置了活动驱动梳齿，与第一驱动检测梳齿固定电极109a和第二驱动检测梳齿固定电极109b上设置的固定驱动梳齿构成驱动检测电容。在第一驱动梳齿固定电极110a和第三驱动梳齿固定电极110c施加带直流偏置的交流电压，在第二驱动梳齿固定电极110b和第四驱动梳齿固定电极110d施加带直流偏置的反相交流电压，形成双边驱动；分别在第一驱动检测梳齿固定电极109a和第二驱动检测梳齿固定电极109b施加反相直流电压，形成差分电容检测。
结合图1和图3，本发明工字型结构的硅微机械振动陀螺的第一驱动谐振器105a与第二驱动谐振器105b组成及结构完全一样，该第一驱动谐振器105a的第一横板103a位于第一回字形框架101的上端，第二驱动谐振器105b的第二横板103b位于第一回字形框架101的下端，第一横板103a和第二横板103b连成一体，构成第一回字形框架101的第一回字形外框架112。第三驱动谐振器205a的第三横板203a位于第二回字形框架201的上端，第四驱动谐振器205b的第四横板203b位于第二回字形框架201的下端，第三横板203a和第四横板203b连成一体，构成第二回字形框架201的第二回字形外框架212。与图1中的结构相比，除了驱动谐振器中的第一回字形外框架112、第二回字形外框架212是一个整体外，其他结构完全一样。
本发明工字型结构的硅微机械振动陀螺可采用开环和闭环两种方案。图4为该陀螺开环检测的检测梳齿结构示意图。由第一检测梳齿固定电极106a、第二检测梳齿固定电极106b、第三检测梳齿固定电极206a、第四检测梳齿固定电极206b、第一固定检测梳齿108、第二固定检测梳齿208和分别布置在第一回字形框架101、第二回字形框架201上的第一活动检测梳齿107、第二活动检测梳齿207构成陀螺开环检测的检测梳齿结构，第一、二、三、四检测梳齿固定电极106a、106b、206a、206b上的第一、二固定检测梳齿108、208和第一、二回字形框架101、201内的第一活动检测梳齿107、第二活动检测梳齿207对插组成四组检测梳齿电容，第一检测梳齿固定电极106a上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第一检测电容D1，第二检测梳齿固定电极106b上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第二检测电容D2，第一检测电容D1与第二检测电容D2的梳齿排列方式呈反对称，构成了差分检测，用于检测第一回字形框架101在y轴向的位移；第三检测梳齿固定电极206a上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第三检测电容D3，第四检测梳齿固定电极206b上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第四检测电容D4，第三检测电容D3与第四检测电容D4的排列方式呈反对称，构成了差分检测，用于检测第二回字形框架201在y轴向的位移；第一检测电容D1与第三检测电容D3的梳齿排列方式呈反对称，第二检测电容D2与第四检测电容D4的梳齿排列方式呈反对称，第一检测电容D1与第三检测电容D3相加，第二检测电容D2与第四检测电容D4相加，则抑制了同向运动对输出的影响。
闭环检测的检测梳齿结构如附图5所示。由第一检测梳齿固定电极106a、第二检测梳齿固定电极106b、第三检测梳齿固定电极206a、第四检测梳齿固定电极206b、第一施力梳齿固定电极106c、第二施力梳齿固定电极106d、第三施力梳齿固定电极206c、第四施力梳齿固定电极206d、第一固定检测梳齿108、第二固定检测梳齿208和分别布置在第一回字形框架101、第二回字形框架201上的第一、二活动检测梳齿107、207构成陀螺闭环检测的检测梳齿结构。在第一施力梳齿固定电极106c、第二施力梳齿固定电极106d上也设置第一固定检测梳齿108，在第三施力梳齿固定电极206c、第四施力梳齿固定电极206d上也设置第二固定检测梳齿208。第一、二、三、四检测梳齿固定电极106a、106b、206a、206b和第一、二、三、四施力梳齿固定电极106c、106d、206c、206d上的第一、二固定检测梳齿108、208和第一、二回字形框架101、201内的第一、二活动检测梳齿107、207对插组成四组检测梳齿电容和四组施力电容，第一检测梳齿固定电极106a上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第一检测电容D1，第二检测梳齿固定电极106b上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第二检测电容D2，第一检测电容D1与第二检测电容D2的梳齿排列方式呈反对称，构成了差分检测，用于检测第一回字形框架101在y轴向的位移；第三检测梳齿固定电极206a上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第三检测电容D3，第四检测梳齿固定电极206b上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第四检测电容D4，第三检测电容D3与第四检测电容D4的梳齿排列方式呈反对称，构成了差分检测，用于检测第二回字形框架201在y轴向的位移。第一施力梳齿固定电极106c上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第一施力电容A1，第二施力梳齿固定电极106d上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第二施力电容A2，第三施力梳齿固定电极206c上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第三施力电容A3，第四施力梳齿固定电极206d上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第四施力电容A4。在施力梳齿固定电极106a、106d、206a、206d上施加电压，产生静电力。检测电容D1～D4与施力电容A1～A4形成闭环检测，将第一、第二回字形框架101、201控制在平衡位置。
在第一子结构100的第一驱动梳齿固定电极110a和第三驱动梳齿固定电极110c施加带直流偏置的交流电压(通过上层单晶硅的输入线输入)，在第二驱动梳齿固定电极110b和第四驱动梳齿固定电极110d施加带直流偏置的反相交流电压(通过上层单晶硅的输入线输入)，产生交变的静电力，静电驱动力为：
式中，n为驱动谐振器的活动梳齿数，ε为介电常数，h为结构的厚度，d为梳齿间距，Ud为驱动电压的直流偏置电压，Ua为交流电压，ωd为交流电压的角频率。
同理，在第二子结构200的驱动谐振器上施加含直流偏置电压的相位相同的交流电压，产生交变的静电力，由于第一、二子结构100、200谐振器的梳齿排列为反对称布置，因此，作用第一、二子结构100、200的静电驱动力方向相反。
因此，第一子结构100和第二子结构200的整个活动结构在静电驱动力的作用下，沿驱动轴作相向简谐线振动。当驱动交流电压的频率与陀螺仪驱动模态的固有频率一致时，线振动位移为：
式中，Fd0为静电驱动力幅值，kx为X方向的弹性刚度，Qx为驱动模态的品质因数。线振动速度为：
当陀螺仪有绕z轴的外界输入角速率ωz时，根据右手定则，检测质量在输出轴(Y轴)受到哥氏加速度的作用，其大小为：
式中，为输入角速率和线振动速度之间右旋夹角。
设检测质量为ms，则作用在检测质量上的哥氏惯性力为：
哥氏惯性力的方向与哥氏加速度方向相反，因此，作用在第一回字形框架101和第二回字形框架201上的哥氏惯性力的方向相反。在哥氏惯性力的作用下，第一回字形框架101和第二回字形框架201沿着敏感轴(y轴)作相向简谐线振动。这样，使得活动敏感梳齿与固定敏感梳齿之间的间隙按一定的简谐振动规律变动，电容差值信号通过上层单晶硅的输出线经电子线路处理后，可获得输出电压信号。输出电压信号为第一子结构100和第二子结构200输出电压信号之和，且输出电压信号的大小正比于输入角速率的大小。通过鉴相器比较输出电压信号与激励信号的相位关系，则可判明输入角速率的方向。

Claims (6)

1.一种工字型结构的硅微机械振动陀螺，其特征在于由上层单晶硅、中间层单晶硅、下层单晶硅构成，上层单晶硅为布置有信号输入和输出线的硅微陀螺仪封装盖板，中间层单晶硅上制作的为陀螺仪机械结构，下层单晶硅为布置有固定基座的陀螺仪衬底，中间层单晶硅密封在由上层单晶硅和下层单晶硅形成的密闭空腔；中间层单晶硅的机械结构包括子结构、工字型框架、扭杆、多折梁和隔离结构，两个子结构对称布置在工字型框架内，并通过驱动梁与工字型框架相连，工字型框架通过分布在下上端的扭杆、多折梁与隔离结构相连，该隔离结构与下层单晶硅上的固定基座键合，使中间层单晶硅的机械结构悬空在上层单晶硅与下层单晶硅之间；
所述中间层单晶硅上的陀螺仪机械结构由第一子结构(100)、第二子结构(200)、工字型框架(2)、第一多折梁(3a)、第二多折梁(3b)、第三多折梁(3c)、第四多折梁(3d)、第一扭杆(4a)、第二扭杆(4b)、第一隔离结构(5a)和第二隔离结构(5b)组成，第一子结构(100)和第二子结构(200)组成及结构完全相同，并对称布置在工字型框架(2)内；第一子结构(100)通过第一驱动支撑梁(104a)、第二驱动支撑梁(104b)、第三驱动支撑梁(104c)、第四驱动支撑梁(104d)与工字型框架(2)连接，第二子结构(200)通过第五驱动支撑梁(204a)、第六驱动支撑梁(204b)、第七驱动支撑梁(204c)、第八驱动支撑梁(204d)与工字型框架(2)连接；所述工字型框架(2)通过第一多折梁(3a)、第二多折梁(3b)、第一扭杆(4a)与位于工字型框架(2)上方的第一隔离结构(5a)相连；工字型框架(2)通过第三多折梁(3c)、第四多折梁(3d)、第二扭杆(4b)与位于工字型框架(2)下方的第二隔离结构(5b)相连；第一隔离结构(5a)与下层单晶硅上的第一固定基座(6a)和第二固定基座(6b)键合，第二隔离结构(5b)与下层单晶硅上的第三固定基座(6c)和第四固定基座(6d)键合。
2.根据权利要求1所述的工字型结构的硅微机械振动陀螺，其特征在于第一子结构(100)包括第一回字形框架(101)、第一检测支撑梁(102a)、第二检测支撑梁(102b)、第三检测支撑梁(102c)、第四检测支撑梁(102d)、第一驱动谐振器(105a)、第二驱动谐振器(105b)、第一活动检测梳齿(107)、第一固定检测梳齿(108)、第一检测梳齿固定电极(106a)和第二检测梳齿固定电极(106b)，第一回字形框架(101)上设置了第一活动检测梳齿(107)，与设置在第一、二测梳齿固定电极(106a、106b)上的第一固定检测梳齿(108)构成检测梳齿电容，第一、二检测梳齿固定电极(106a、106b)与下层单晶硅的固定基座键合；第一回字形框架(101)的上端通过第一检测支撑梁(102a)、第二检测支撑梁(102b)与第一驱动谐振器(105a)相连，第一回字形框架(101)的下端通过第三检测支撑梁(102c)和第四检测支撑梁(102d)与第二驱动谐振器(105b)相连；第一驱动谐振器(105a)上的第一驱动支撑梁(104a)和第二驱动支撑梁(104b)与工字型框架(2)连接，第二驱动谐振器(105b)上的第三驱动梁(104c)、第四驱动梁(104d)与工字型框架(2)连接；
第二子结构(200)与第一子结构(100)组成及结构完全相同，包括第二回字形框架(201)、第五检测支撑梁(202a)、第六检测支撑梁(202b)、第七检测支撑梁(202c)、第八检测支撑梁(202d)、第三驱动谐振器(205a)、第四驱动谐振器(205b)、第二活动检测梳齿(207)、第二固定检测梳齿(208)、第三检测梳齿固定电极(206a)和第四检测梳齿固定电极(206b)。
3.根据权利要求2所述的工字型结构的硅微机械振动陀螺，其特征在于第一驱动谐振器(105a)与第二驱动谐振器(105b)组成及结构完全一样，该第一驱动谐振器(105a)由第一横板(103a)、第一驱动支撑梁(104a)、第二驱动支撑梁(104b)、第一梳齿梁(111a)、第二梳齿梁(111b)、第三梳齿梁(111c)、第四梳齿梁(111d)、第一驱动梳齿固定电极(110a)、第二驱动梳齿固定电极(110b)、第三驱动梳齿固定电极(110c)、第四驱动梳齿固定电极(110d)、第一驱动检测梳齿固定电极(109a)和第二驱动检测梳齿固定电极(109b)组成，第一驱动支撑梁(104a)、第二驱动支撑梁(104b)位于第一横板(103a)的两端，且与第一横板(103a)互相垂直；第一、二、三、四梳齿梁(111a、111b、111c、111d)垂直布置在第一横板(103a)上，且依次排列在第一驱动支撑梁(104a)和第二驱动支撑梁(104b)之间；第二梳齿梁(111b)和第三梳齿梁(111c)的两侧设置了活动驱动梳齿，分别与第一驱动梳齿固定电极(110a)、第二驱动梳齿固定电极(110b)、第三驱动梳齿固定电极(110c)、第四驱动梳齿固定电极(110d)上设置的固定驱动梳齿构成驱动电容；第一梳齿梁(111a)和第四梳齿梁(111d)的单侧设置了活动驱动梳齿，与第一驱动检测梳齿固定电极(109a)和第二驱动检测梳齿固定电极(109b)上设置的固定驱动梳齿构成驱动检测电容；在第一驱动梳齿固定电极(110a)和第三驱动梳齿固定电极(110c)施加带直流偏置的交流电压，在第二驱动梳齿固定电极(110b)和第四驱动梳齿固定电极(110d)施加带直流偏置的反相交流电压，形成双边驱动；分别在第一驱动检测梳齿固定电极(109a)和第二驱动检测梳齿固定电极(109b)施加反相直流电压，形成差分电容检测。
4.根据权利要求2所述的工字型结构的硅微机械振动陀螺，其特征在于第一驱动谐振器(105a)的第一横板(103a)位于第一回字形框架(101)的上端，第二驱动谐振器(105b)的第二横板(103b)位于第一回字形框架(101)的下端，第一横板(103a)和第二横板(103b)连成一体，构成第一回字形框架(101)的回字形外框架(112)。
5.根据权利要求2或3所述的工字型结构的硅微机械振动陀螺，其特征在于由第一检测梳齿固定电极(106a)、第二检测梳齿固定电极(106b)、第三检测梳齿固定电极(206a)、第四检测梳齿固定电极(206b)、第一固定检测梳齿(108)、第二固定检测梳齿(208)和第一活动检测梳齿(107)、第二活动检测梳齿(207)构成陀螺开环检测的检测梳齿结构，第一、二、三、四检测梳齿固定电极(106a、106b、206a、206b)上的第一、二固定检测梳齿(108、208)和第一活动检测梳齿(107)、第二活动检测梳齿(207)对插组成四组检测梳齿电容，第一检测梳齿固定电极(106a)上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第一检测电容D1，第二检测梳齿固定电极(106b)上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第二检测电容D2，第一检测电容D1与第二检测电容D2的梳齿排列方式呈反对称，构成了差分检测，用于检测第一回字形框架(101)在y轴向的位移；第三检测梳齿固定电极(206a)上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第三检测电容D3，第四检测梳齿固定电极(206b)上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第四检测电容D4，第三检测电容D3与第四检测电容D4的排列方式呈反对称，构成了差分检测，用于检测第二回字形框架(201)在y轴向的位移；第一检测电容D1与第三检测电容D3的梳齿排列方式呈反对称，第二检测电容D2与第四检测电容D4的梳齿排列方式呈反对称，第一检测电容D1与第三检测电容D3相加，第二检测电容D2与第四检测电容D4相加，则抑制了同向运动对输出的影响。
6.根据权利要求3所述的工字型结构的硅微机械振动陀螺，其特征在于由第一检测梳齿固定电极(106a)、第二检测梳齿固定电极(106b)、第三检测梳齿固定电极(206a)、第四检测梳齿固定电极(206b)、第一施力梳齿固定电极(106c)、第二施力梳齿固定电极(106d)、第三施力梳齿固定电极(206c)、第四施力梳齿固定电极(206d)、第一固定检测梳齿(108)、第二固定检测梳齿(208)和第一活动检测梳齿(107)、第二活动检测梳齿(207)构成陀螺闭环检测的检测梳齿结构，在第一施力梳齿固定电极(106c)、第二施力梳齿固定电极(106d)上也设置第一固定检测梳齿(108)，在第三施力梳齿固定电极(206c)、第四施力梳齿固定电极(206d)上也设置第二固定检测梳齿(208)，第一、二、三、四检测梳齿固定电极(106a、106b、206a、206b)和第一、二、三、四施力梳齿固定电极(106c、106d、206c、206d)上的第一、二固定检测梳齿(108、208)和第一、二活动检测梳齿(107、207)对插组成四组检测梳齿电容和四组施力电容，第一检测梳齿固定电极(106a)上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第一检测电容D1，第二检测梳齿固定电极(106b)上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第二检测电容D2，第一检测电容D1与第二检测电容D2的梳齿排列方式呈反对称，构成了差分检测，用于检测第一回字形框架(101)在y轴向的位移；第三检测梳齿固定电极(206a)上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第三检测电容D3，第四检测梳齿固定电极(206b)上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第四检测电容D4，第三检测电容D3与第四检测电容D4的梳齿排列方式呈反对称，构成了差分检测，用于检测第二回字形框架(201)在y轴向的位移；第一施力梳齿固定电极(106c)上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第一施力电容A1，第二施力梳齿固定电极(106d)上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第二施力电容A2，第三施力梳齿固定电极(206c)上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第三施力电容A3，第四施力梳齿固定电极(206d)上的固定检测梳齿与相应的活动检测梳齿构成第四施力电容A4；在第一、二、三、四施力梳齿固定电极(106c、106d、206c、206d)上施加电压，产生静电力；检测电容D1～D4与施力电容A1～A4形成闭环检测，将第一、第二回字形框架(101、201)控制在平衡位置。
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