CN114459452B - 一种主副双波动环形单结构陀螺阵列 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种主副双波动环形单结构陀螺阵列，涉及惯性导航技术领域，包括：基底、多个第一电极组、多个第二内电极和环形谐振子，环形谐振子包括键合于基底的主锚点结构以及分别以主锚点结构为中心的主波动圆环和副波动圆环，副波动圆环位于主锚点结构和主波动圆环之间，且主锚点结构通过副波动圆环与主波动圆环连接，第一外电极和第一内电极分别与主波动圆环配合形成第一电容器，第二内电极和第一内电极分别与副波动圆环配合形成第二电容器。由于波动陀螺仪能够形成主副双波动的驱动模态，配合第一电容器和第二电容器能够提供更多的电容值变化数据，从而有效的提高主副双波动环形单结构陀螺阵列的冗余度。

Description

一种主副双波动环形单结构陀螺阵列

技术领域

本申请涉及惯性导航技术领域，具体而言，涉及一种主副双波动环形单结构陀螺阵列。

背景技术

陀螺仪是惯性导航系统的基础部件，其性能直接决定了惯性导航系统的可靠性与准确度，对惯性导航技术的发展起着至关重要的作用。基于MEMS(Micro Electro-Mechanical System，微机电系统)技术的微陀螺仪采用微纳批量制造技术加工，其成本、尺寸、功耗都很低，而且环境适应性、工作寿命、可靠性、集成度与传统技术相比有极大的提高，因而MEMS微陀螺已经成为近些年来MEMS技术广泛研究和应用开发的一个重要方向。

目前，常用的波动陀螺仪采用单谐振子结构，虽然结构加工简单，但受温度和外界环境影响大，并且由于其采用单谐振子导致冗余度较差。

发明内容

本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种主副双波动环形单结构陀螺阵列，以解决现有波动陀螺仪冗余度较差的问题。

为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

本申请实施例的一方面，提供一种主副双波动环形单结构陀螺阵列，包括：基底、多个第一电极组、多个第二内电极和环形谐振子，环形谐振子包括键合于基底的主锚点结构以及分别以主锚点结构为中心的主波动圆环和副波动圆环，副波动圆环位于主锚点结构和主波动圆环之间，且主锚点结构通过副波动圆环与主波动圆环连接，每个第一电极组均包括设置于基底且通过基底上的金属线相互连接的第一内电极和第一外电极，第一内电极位于主波动圆环和副波动圆环之间，第一外电极位于主波动圆环的外侧，以使第一外电极和第一内电极分别与主波动圆环配合形成第一电容器，多个第二内电极设置于基底且均位于副波动圆环内侧，多个第二内电极与多个第一电极组中的第一内电极一一对应，以使第二内电极和第一内电极分别与副波动圆环配合形成第二电容器。

可选的，环形谐振子还包括连接于主波动圆环和副波动圆环之间的多个冗余子陀螺结构，多个冗余子陀螺结构以主锚点结构为中心旋转对称，多个冗余子陀螺结构一一对应的嵌设于多个第一内电极，主副双波动环形单结构陀螺阵列还包括设置于基底且与多个冗余子陀螺结构一一对应的多个第三电极组，每个第三电极组和每个第一内电极分别用于配合对应的冗余子陀螺结构形成第三电容器。

可选的，环形谐振子还包括分别与多个冗余子陀螺结构一一对应的多个第一弹性振动梁以及多个第二弹性振动梁，每个冗余子陀螺结构的一端通过对应的第一弹性振动梁与主波动圆环连接，每个冗余子陀螺结构的另一端通过对应的第二弹性振动梁与副波动圆环连接以使多个冗余子陀螺结构以主锚点结构为中心呈放射状分布。

可选的，多个第一弹性振动梁和多个第二弹性振动梁分别一一对应的嵌设于多个第一内电极中，且第一内电极分别与对应的第一弹性振动梁和第二弹性振动梁具有间隙。

可选的，每个第一弹性振动梁均包括第一框架梁以及分别连接于第一框架梁相对两端的第一直梁和第二直梁，以使每个冗余子陀螺结构均通过第一直梁、第一框架梁和第二直梁分别与主波动圆环连接。

可选的，环形谐振子包括8个冗余子陀螺结构，相邻两个冗余子陀螺结构分别与主锚点结构连线的夹角为45度。

可选的，每个冗余子陀螺结构均包括冗余波动圆环、位于冗余波动圆环中心的冗余锚点结构以及连接于冗余波动圆环和冗余锚点结构之间的多个冗余弹性振动梁，冗余锚点结构键合于基底，且冗余波动圆环的相对两端分别与主波动圆环和副波动圆环连接；每个第三电极组均包括通过基底上的金属线与对应的第一内电极连接的多个第三内电极，第一内电极位于对应的冗余波动圆环的外侧，多个第三内电极均位于对应的冗余波动圆环的内侧，以与对应的冗余子陀螺结构配合形成第三电容器。

可选的，环形谐振子还包括多个第三弹性振动梁，多个第三弹性振动梁分别一一对应的嵌设于多个第二内电极中，且第二内电极与对应的第三弹性振动梁具有间隙，多个第三弹性振动梁的相对两端分别连接于副波动圆环和主锚点结构，以使多个第三弹性振动梁以主锚点结构为中心呈放射状分布。

可选的，每个第三弹性振动梁均包括第二框架梁以及分别连接于第二框架梁相对两端的第三直梁和第四直梁以使第二框架梁分别通过第三直梁与副波动圆环连接、通过第四直梁与主锚点结构连接。

可选的，环形谐振子包括8个第三弹性振动梁，相邻两个第三弹性振动梁之间的夹角为45度。

本申请的有益效果包括：

本申请提供了一种主副双波动环形单结构陀螺阵列，包括：基底、多个第一电极组、多个第二内电极和环形谐振子，环形谐振子包括键合于基底的主锚点结构以及分别以主锚点结构为中心的主波动圆环和副波动圆环，副波动圆环位于主锚点结构和主波动圆环之间，且主锚点结构通过副波动圆环与主波动圆环连接，第一外电极和第一内电极分别与主波动圆环配合形成第一电容器，第二内电极和第一内电极分别与副波动圆环配合形成第二电容器。由于波动陀螺仪能够形成主副双波动的驱动模态，配合第一电容器和第二电容器能够提供更多的电容值变化数据，并且由于副波动圆环加入能够有效提高冗余度，此外，通过双波动圆环，还可以采用差动方式提升系统的信噪比。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种主副双波动环形单结构陀螺阵列的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种主副双波动环形单结构陀螺阵列的爆炸图；

图3为本申请实施例提供的环形谐振子的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的各电极的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的冗余子陀螺的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的局部电极的结构示意图。

图标：100-环形谐振子；101-主波动圆环；102-副波动圆环；103-主锚点结构；104-冗余子陀螺结构；1041-冗余波动圆环；1042-冗余锚点结构；1043-冗余弹性振动梁；105-第一弹性振动梁；106-第二弹性振动梁；107-第一框架梁；108-第二直梁；109-第一直梁；110-第三弹性振动梁；111-第二框架梁；112-第三直梁；113-第四直梁；210-第一电极组；220-第二内电极；230-第三内电极；300-基底。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的各个特征可以相互结合，结合后的实施例依然在本申请的保护范围内。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请实施例的一方面，提供一种主副双波动环形单结构陀螺阵列，请结合图1和图2所示，包括：基底300、多个第一电极组210、多个第二内电极220和环形谐振子100，其中，多个第一电极组210和多个第二内电极220同层设置于基底300的同一表面，环形谐振子100则嵌入多个第一电极组210和多个第二内电极220的同时，其中心键合于基底300表面。

如图3所示，环形谐振子100包括主锚点结构103、主波动圆环101和副波动圆环102，其中，主锚点结构103位于副波动圆环102的中心处(圆心处)，同时，主锚点结构103也位于主波动圆环101的中心处(圆心处)，换言之，主波动圆环101和副波动圆环102同心设置，并且副波动圆环102位于主锚点结构103和主波动圆环101之间，主锚点结构103连接于副波动圆环102，副波动圆环102连接于最外围的主波动圆环101，然后将主锚点结构103键合于基底300表面，以此实现整个环形谐振子100设置于基底300。

如图4所示，多个第一电极组210呈圆环形(主锚点结构103可以是该圆环的中心处)分布于基底300，在每个第一电极组210均包括设置于基底300的第一内电极和第一外电极时，第一内电极通过基底300上的金属线和第一外电极相互电连接，并且第一内电极均位于主波动圆环101和副波动圆环102之间，第一外电极则均位于主波动圆环101的外侧，如此，第一外电极和第一内电极便可以分别与主波动圆环101配合形成第一电容器，换言之，当第一电极组210的数量为N时，第一电容器的数量则为2N。例如图4所示，第一电极组210为8组，第一内电极E1与第一外电极M1形成一组第一电极组210，第一内电极E2与第一外电极M2形成一组第一电极组210，第一内电极E3与第一外电极M3形成一组第一电极组210，第一内电极E4与第一外电极M4形成一组第一电极组210，第一内电极E5与第一外电极M5形成一组第一电极组210，第一内电极E6与第一外电极M6形成一组第一电极组210，第一内电极E7与第一外电极M7形成一组第一电极组210，第一内电极E8与第一外电极M8形成一组第一电极组210，其中，第一内电极E1至第一内电极E8分别与主波动圆环101配合形成8个第一电容器，同理，第一外电极M1至第一外电极M8也分别与主波动圆环101配合形成8个第一电容器。

请继续参照图4所示，多个第二内电极220均位于副波动圆环102内侧，且多个第二内电极220同样呈圆环形(主锚点结构103可以是该圆环的中心处)分布于基底300，多个第二内电极220的数量和多个第一电极组210的数量相等，使得多个第二内电极220与多个第一内电极一一对应设置，即一个第二内电极220与一个第一内电极对应，如此，使得第二内电极220和第一内电极分别与副波动圆环102配合形成第二电容器，换言之，当第一内电极和第二内电极220的数量均为N时，第二电容器的数量则为2N。例如图4所示，第一电极组210为8组，因此包括8个第一内电极，第二内电极220为8个，第一内电极E1与第二内电极220K1位于同一扇瓣，第一内电极E2与第二内电极220K2位于同一扇瓣，第一内电极E3与第二内电极220K3位于同一扇瓣，第一内电极E4与第二内电极220K4位于同一扇瓣，第一内电极E5与第二内电极220K5位于同一扇瓣，第一内电极E6与第二内电极220K6位于同一扇瓣，第一内电极E7与第二内电极220K7位于同一扇瓣，第一内电极E8与第二内电极220K8位于同一扇瓣，其中，第一内电极E1至第一内电极E8分别与副波动圆环102配合形成8个第二电容器，同理，第一外电极K1至第一外电极K8也分别与副波动圆环102配合形成8个第二电容器。

在实际工作时，在主副双波动环形单结构陀螺阵列处于静止状态时，每个电容器都可以等效为静止的平行板电容器；在主副双波动环形单结构陀螺阵列有角速度输入时，其处于激发态(结构的敏感轴垂直穿过主副双波动环形单结构陀螺阵列的主锚点结构103，可以给主副双波动环形单结构陀螺阵列施加驱动力，以使主副双波动环形单结构陀螺阵列在驱动模态下进行振动)，这时，主副双波动环形单结构陀螺阵列的主波动圆环101和副波动圆环102都将发生一定角度的运动，能够形成主副双波动的驱动模态，进而引起电容器的电容变化，根据各电容器的电容值的变化分析得出该主副双波动环形单结构陀螺阵列的角速度。由于波动陀螺仪能够形成主副双波动的驱动模态，配合第一电容器和第二电容器能够提供更多的电容值变化数据，并且由于副波动圆环加入能够有效提高冗余度，此外，通过双波动圆环，还可以采用差动方式提升系统的信噪比。

可选的，结合图1至图3所示，环形谐振子100还包括连接于主波动圆环101和副波动圆环102之间的多个冗余子陀螺结构104，多个冗余子陀螺结构104以主锚点结构103为中心旋转对称，换言之，多个冗余子陀螺结构104呈圆环形(主锚点结构103可以是该圆环的中心处)分布于基底300表面，多个冗余子陀螺结构104一一对应的嵌设于多个第一内电极中。作为与之配合的：主副双波动环形单结构陀螺阵列还包括设置于基底300的多个第三电极组，多个第三电极组与多个冗余子陀螺结构104数量相等且一一对应，即一个冗余子陀螺结构104内设置有一个第三电极组，由此，多个第三电极组也跟随多个冗余子陀螺结构104呈圆环形分布，此外，每个第一内电极均位于冗余子陀螺结构104的外侧，使得每个第三电极组和每个第一内电极分别用于配合对应的冗余子陀螺结构104形成第三电容器。

在实际工作时，当主波动圆环101和副波动圆环102均处于驱动模态的振动过程时，由于两者分别与多个冗余子陀螺结构104直接连接，因此，多个冗余子陀螺结构104能够通过形变满足主副双波动的运动需要，换言之，主波动圆环101和副波动圆环102处于驱动模态的振动过程中能够与多个冗余子陀螺结构104的驱动模态同步，因此，多个冗余子陀螺结构104不需要额外驱动(也可以在自身驱动电容的基础上进行驱动信息叠加，使多个冗余子陀螺结构104驱动更为稳定)，同时，也通过多个冗余子陀螺结构104加主波动圆环101和副波动圆环102形成了多加二的陀螺结构，从而能够实现信息冗余，当其中部分陀螺结构失效时，依然能够继续完成传感任务，有效提升了主副双波动环形单结构陀螺阵列的环境适用性和可靠性。当波动陀螺仪有角速度输入时，其处于激发状态，这时，主副双波动环形单结构陀螺阵列工作在谐振频率时，主副双波动环形单结构陀螺阵列的主波动圆环101、副波动圆环102和多个冗余子陀螺结构104将发生一定角度的运动，进而引发第一电容器、第二电容器和第三电容器的电容变化，从而测得主副双波动环形单结构陀螺阵列的角速度。

可选的，环形谐振子100还包括分别与多个冗余子陀螺结构104一一对应的多个第一弹性振动梁105以及多个第二弹性振动梁106，换言之，第一弹性振动梁105和冗余子陀螺结构104数量一致且一一对应，第二弹性振动梁106和冗余子陀螺结构104数量一致且一一对应，如此，可以使得一个冗余子陀螺结构104、一个第一弹性振动梁105和一个第二弹性振动梁106组成一组连接梁，使得每个冗余子陀螺结构104的一端可以通过对应的第一弹性振动梁105与主波动圆环101连接，每个冗余子陀螺结构104的另一端则可以通过对应的第二弹性振动梁106与副波动圆环102连接，并且每组连接梁的延长线均过主锚点结构103，如此，使得多组连接梁以主锚点结构103为中心呈放射状设置，即多个冗余子陀螺结构104也以主锚点结构103为中心呈放射状分布，并且相邻两个冗余子陀螺结构104的延长线(延长线过主锚点结构103)之间的夹角相等，实现在主副波动圆环的驱动模态在工作过程中，每组连接梁均通过形变满足主副波动圆环的运动需要。例如图3所示，环形谐振子100包括8个冗余子陀螺结构104、8个第一弹性振动梁105和8个第二弹性振动梁106，从而形成8组连接梁，实现副波动圆环102分别通过8组连接梁与主波动圆环101的连接。

在一些实施方式中，结合图3和图4所示，相邻两组连接梁之间的角度差45度，换言之，以其中一组连接梁作为0度方向，剩余连接梁依次沿顺时针或逆时针方向分布于45度、90度、135度、180度、225度、270度、315度方向，对应的，第一内电极E1、第一外电极M1、第二内电极220和一组第三电极组均位于0度方向，第一内电极E2、第一外电极M2、第二内电极220和一组第三电极组均位于45度方向，第一内电极E3、第一外电极M3、第二内电极220和一组第三电极组均位于90度方向，第一内电极E4、第一外电极M4、第二内电极220和一组第三电极组均位于135度方向，第一内电极E5、第一外电极M5、第二内电极220和一组第三电极组均位于180度方向，第一内电极E6、第一外电极M6、第二内电极220和一组第三电极组均位于225度方向，第一内电极E7、第一外电极M7、第二内电极220和一组第三电极组均位于270度方向，第一内电极E8、第一外电极M8、第二内电极220和一组第三电极组均位于315度方向。如此，在8个冗余子陀螺结构104分别以主锚点结构103为中心呈圆环分布且主波动圆环101和副波动圆环102在静电力作用下沿0度、90度、180度和270度做四波腹波动振动时，同样可以使得位于0度、90度、180度和270度上的冗余子陀螺结构104做四波腹波动振动，实现主波动圆环101、副波动圆环102和4个冗余子陀螺结构104的驱动模态完全同步。当有角速度输入时，主波动圆环101和副波动圆环102的检测模态为45度、135度、225度和315度方向，且检测模态采用检测闭环的方式保证位移为0，分布在45度、135度、225度和315度四个方向的冗余子陀螺结构104主要用于产生刚度，与分布在0度、90度、180度和270度四个方向的冗余陀螺匹配，保证主副双波动环形单结构陀螺阵列处在旋转对称状态以至于主波动圆环101和副波动圆环102的驱动模态和检测模态的谐振频率相等，提升主波动圆环101和副波动圆环102的机械灵敏度。此外，本申请中的位于0度、90度、180度和270度上的冗余子陀螺结构104和主波动圆环101、副波动圆环102均采用检测闭环的工作方式，使得检测模态方向上没有位移，大大提高了陀螺阵列的线性度和可靠性。

在一些实施方式中，请参照图1至图4所示，第一电极组210的数量为8组，其中，两组第一电极组210可以作为驱动组，两组第一电极组210可以作为驱动检测组，两组第一电极组210可以作为检测组，两组第一电极组210可以作为检测反馈组；驱动组、检测反馈组、驱动检测组和检测组呈交替排布，且两两之间的夹角均相等。同理，第一内电极和第二内电极220对应形成8组，其中，两组可以作为驱动组，两组可以作为驱动检测组，两组可以作为检测组，两组可以作为检测反馈组；驱动组、检测反馈组、驱动检测组和检测组呈交替排布，且两两之间的夹角均相等。

在实际工作时，驱动组的两组第一电极组210置于主波动圆环101的0度和180度的方位上，驱动检测组的两组第一电极组210置于主波动圆环101的90度和270度的方位上，检测组的两组第一电极组210置于主波动圆环101的45度和225度的方位上，检测反馈组的两组第一电极组210置于主波动圆环101的135度和315度的方位上。当对主副双波动环形单结构陀螺阵列进行供电且没有角速度输入时，主副双波动环形单结构陀螺阵列会在驱动组施加的交流信号的作用下给主波动圆环101施加驱动力，使得主波动圆环101呈现椭圆(长轴沿0度和180度方向)、圆、椭圆(长轴沿90度和270度方向)三种形式的振动。驱动检测组与驱动组可以形成闭环使主波动圆环101稳定的振动(不至于振动幅度时大时小)。当有角速度输入时，由于柯氏效应，主副双波动环形单结构陀螺阵列的振动状态会变成椭圆(长轴沿45°方向)，此时检测组和检测反馈组会检测出输入的角速度。

可选的，多个冗余子陀螺结构104、多个第一弹性振动梁105和多个第二弹性振动梁106分别一一对应的嵌设于多个第一内电极中，例如位于0度方向的一个冗余子陀螺结构104、一个第一弹性振动梁105和一个第二弹性振动梁106嵌入第一内电极E1中，其它方向类似，不再赘述，并且第一内电极分别与对应嵌入的冗余子陀螺结构104、第一弹性振动梁105和第二弹性振动梁106之间均具有间隙。同理，主波动圆环101、副波动圆环102、第三弹性振动梁110各自在嵌入基底300表面的电极后，均与嵌入的电极之间具有一定的间隙，从而能够利用空气作为介质分别形成对应的电容器。例如图4所示，连接梁在嵌入对应的第一内电极后，对应的会将第一内电极划分为两部分，两部分则分别与该第一内电极对应的第一外电极、第二内电极220和第三电极组都进行电连接。

可选的，如图3所示，每个第一弹性振动梁105均包括第一框架梁107以及分别连接于第一框架梁107相对两端的第一直梁109和第二直梁108，从而使得每个冗余子陀螺结构104在通过第一弹性振动梁105与主波动圆环101连接时，可以通过冗余子陀螺结构104经第二直梁108、第一框架梁107和第一直梁109与主波动圆环101连接。

可选的，如图3所示，每个第二弹性振动梁106均为直梁，使得每个冗余子陀螺结构104在通过第二弹性振动梁106与主波动圆环101连接时，可以通过冗余子陀螺结构104经直梁与副波动圆环102直接连接。

在需要主波动圆环101和副波动圆环102在0度、90度、180度和270度做四波腹波动振动时，第一弹性振动梁105、冗余子陀螺结构104和第二弹性振动梁106可以通过自身形变满足主波动圆环101和副波动圆环102的运动需求。

可选的，如图5所示，每个冗余子陀螺结构104均包括冗余波动圆环1041、冗余锚点结构1042以及连接于冗余波动圆环1041和冗余锚点结构1042之间的多个冗余弹性振动梁1043，冗余锚点结构1042位于冗余波动圆环1041中心处，冗余锚点结构1042键合于基底300表面，且冗余波动圆环1041的相对两端分别与主波动圆环101和副波动圆环102连接。例如图5所示，冗余波动圆环1041和多个冗余弹性振动梁1043均以嵌入的方式设置于第一内电极和第三电极组中，冗余波动圆环1041的一端分别通过第一弹性振动梁105与主波动圆环101连接、另一端通过第二弹性振动梁106与副波动圆环102连接，在需要冗余子陀螺结构104的冗余波动圆环1041在0度、90度、180度和270度做四波腹波动振动时，冗余弹性振动梁1043通过自身形变满足冗余波动圆环1041的运动需求。

如图4所示，在基底300上设置多个第三电极组，第三电极组的数量与冗余子陀螺结构104的数量相等，第三电极组包括多个第三内电极230，与冗余子陀螺结构104对应的第三电极组所包括的多个第三内电极230均位于该冗余子陀螺结构104的冗余波动圆环1041的内侧，而与该冗余子陀螺结构104对应的第一内电极则位于冗余波动圆环1041的外侧，并且，针对该冗余子陀螺结构104来讲，位于内侧的多个第三内电极230与位于外侧的第一内电极通过设置于基底300上的金属线电连接，如此，第一内电极可以与其所对应的冗余子陀螺结构104的冗余波动圆环1041配合形成第三电容器，多个第三内电极230也可以与其所对应的冗余子陀螺结构104配合形成第三电容器。换言之，针对一个冗余子陀螺结构104来讲，当位于该冗余子陀螺结构104内侧的第三内电极230的数量为N时，第三电容器的数量则为N+1。例如图5和图6所示，以第一内电极E3和第一外电极M3组成的第一电极组210对应的冗余子陀螺结构104为例：如图5所示的该冗余子陀螺结构104嵌入到图6所示的第一电极组210中，其中，如图6所示，与该冗余子陀螺结构104对应的第三电极组包括8个第三内电极230，分别为第三内电极F1、第三内电极F2、第三内电极F3、第三内电极F4、第三内电极F5、第三内电极F6、第三内电极F7和第三内电极F8。第三内电极F1至第三内电极F8分别与冗余子陀螺结构104配合形成8个第三电容器，同理，第一内电极E3与该冗余子陀螺结构104配合形成1个第三电容器。

可选的，如图5所示，每个冗余弹性振动梁1043均包括第三框架梁以及分别连接于第三框架梁相对两端的第六直梁和第七直梁，使得第三框架梁分别通过第六直梁与冗余波动圆环1041连接、通过第七直梁与冗余锚点结构1042连接，如此，在需要冗余子陀螺结构104的冗余波动圆环1041在0度、90度、180度和270度做四波腹波动振动时，第六直梁、第七直梁和第三框架梁可以通过自身形变满足冗余波动圆环1041的运动需求。

可选的，如图3所示，环形谐振子100还包括多个第三弹性振动梁110，多个第三弹性振动梁110分别一一对应的嵌设于多个第二内电极220中，且第二内电极220与对应的第三弹性振动梁110具有间隙，多个第三弹性振动梁110的相对两端分别连接于副波动圆环102和主锚点结构103，以使多个第三弹性振动梁110以主锚点结构103为中心呈放射状分布。如图3所示，环形谐振子100包括8个第三弹性振动梁110，相邻两个第三弹性振动梁110之间的夹角为45度。

可选的，如图3所示，每个第三弹性振动梁110均包括第二框架梁111以及分别连接于第二框架梁111相对两端的第三直梁112和第四直梁113，从而使得副波动圆环102在通过第三弹性振动梁110与主锚点结构103连接时，可以通过第三直梁112、第二框架梁111和第四直梁113与主锚点结构103连接，如此，在需要副波动圆环102在0度、90度、180度和270度做四波腹波动振动时，第三直梁112、第四直梁113和第二框架梁111可以通过自身形变满足副波动圆环102的运动需求。

应当理解的是，本申请中的第一框架梁107、第二框架梁111和第三框架梁的形状为封闭的多边形，例如可以为菱形、六边形或者八边形等。主波动圆环101、副波动圆环102、第一弹性振动梁105、冗余波动圆环1041、冗余弹性振动梁1043、第二弹性振动梁106、第三弹性振动梁110分别与基底300表面具有一定间隙。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种主副双波动环形单结构陀螺阵列，其特征在于，包括：基底、多个第一电极组、多个第二内电极和环形谐振子，所述环形谐振子包括键合于所述基底的主锚点结构以及分别以所述主锚点结构为中心的主波动圆环和副波动圆环，所述副波动圆环位于所述主锚点结构和所述主波动圆环之间，且所述主锚点结构通过所述副波动圆环与所述主波动圆环连接，每个所述第一电极组均包括设置于所述基底且通过所述基底上的金属线相互连接的第一内电极和第一外电极，所述第一内电极位于所述主波动圆环和所述副波动圆环之间，所述第一外电极位于所述主波动圆环的外侧，以使所述第一外电极和第一内电极分别与所述主波动圆环配合形成第一电容器，多个所述第二内电极设置于所述基底且均位于所述副波动圆环内侧，多个所述第二内电极与多个所述第一电极组中的第一内电极一一对应，以使所述第二内电极和所述第一内电极分别与所述副波动圆环配合形成第二电容器；

所述环形谐振子还包括连接于所述主波动圆环和所述副波动圆环之间的多个冗余子陀螺结构，多个所述冗余子陀螺结构以所述主锚点结构为中心旋转对称，多个所述冗余子陀螺结构一一对应的嵌设于多个所述第一内电极，所述主副双波动环形单结构陀螺阵列还包括设置于所述基底且与所述多个冗余子陀螺结构一一对应的多个第三电极组，每个所述第三电极组和每个所述第一内电极分别用于配合对应的所述冗余子陀螺结构形成第三电容器。

2.如权利要求1所述的主副双波动环形单结构陀螺阵列，其特征在于，所述环形谐振子还包括分别与所述多个冗余子陀螺结构一一对应的多个第一弹性振动梁以及多个第二弹性振动梁，每个所述冗余子陀螺结构的一端通过对应的所述第一弹性振动梁与所述主波动圆环连接，每个所述冗余子陀螺结构的另一端通过对应的所述第二弹性振动梁与所述副波动圆环连接以使多个所述冗余子陀螺结构以所述主锚点结构为中心呈放射状分布。

3.如权利要求2所述的主副双波动环形单结构陀螺阵列，其特征在于，多个所述第一弹性振动梁和多个所述第二弹性振动梁分别一一对应的嵌设于多个所述第一内电极中，且所述第一内电极分别与对应的所述第一弹性振动梁和所述第二弹性振动梁具有间隙。

4.如权利要求2所述的主副双波动环形单结构陀螺阵列，其特征在于，每个所述第一弹性振动梁均包括第一框架梁以及分别连接于所述第一框架梁相对两端的第一直梁和第二直梁，以使每个所述冗余子陀螺结构均通过所述第一直梁、所述第一框架梁和所述第二直梁分别与所述主波动圆环连接。

5.如权利要求1所述的主副双波动环形单结构陀螺阵列，其特征在于，所述环形谐振子包括8个所述冗余子陀螺结构，相邻两个所述冗余子陀螺结构分别与所述主锚点结构连线的夹角为45度。

6.如权利要求1所述的主副双波动环形单结构陀螺阵列，其特征在于，每个所述冗余子陀螺结构均包括冗余波动圆环、位于所述冗余波动圆环中心的冗余锚点结构以及连接于所述冗余波动圆环和所述冗余锚点结构之间的多个冗余弹性振动梁，所述冗余锚点结构键合于所述基底，且所述冗余波动圆环的相对两端分别与所述主波动圆环和所述副波动圆环连接；每个所述第三电极组均包括通过所述基底上的金属线与对应的所述第一内电极连接的多个第三内电极，所述第一内电极位于对应的所述冗余波动圆环的外侧，多个所述第三内电极均位于对应的所述冗余波动圆环的内侧，以与对应的所述冗余子陀螺结构配合形成第三电容器。

7.如权利要求1至6任一项所述的主副双波动环形单结构陀螺阵列，其特征在于，所述环形谐振子还包括多个第三弹性振动梁，所述多个第三弹性振动梁分别一一对应的嵌设于所述多个第二内电极中，且所述第二内电极与对应的所述第三弹性振动梁具有间隙，所述多个第三弹性振动梁的相对两端分别连接于所述副波动圆环和所述主锚点结构，以使多个所述第三弹性振动梁以所述主锚点结构为中心呈放射状分布。

8.如权利要求7所述的主副双波动环形单结构陀螺阵列，其特征在于，每个所述第三弹性振动梁均包括第二框架梁以及分别连接于所述第二框架梁相对两端的第三直梁和第四直梁以使所述第二框架梁分别通过所述第三直梁与所述副波动圆环连接、通过所述第四直梁与所述主锚点结构连接。

9.如权利要求7所述的主副双波动环形单结构陀螺阵列，其特征在于，所述环形谐振子包括8个所述第三弹性振动梁，相邻两个所述第三弹性振动梁之间的夹角为45度。

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