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106&、106(1、2063、206(1上施加电压，产生静电力。检测电容01~ 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。 [0023] 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ll〇b 和第四驱动梳齿固定电极liod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：
[0024]
(1)
[0025] 式中，η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，〇^为交流电压的角频率。
[0026]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。
[0027] 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：
[0028]
(2):
[0029] 式中，Fd〇为静电驱动力幅值，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：
[0030]
(3)
[0031] 当陀螺仪有绕z轴的外界输入角速率〇^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：
[0032]
(4)
[0033] 式中，W为输入角速率和线振动速度之间右旋夹角。
[0034]设检测质量为ms，则作用在检测质量上的哥氏惯性力为：
[0035]
(5)
[0036] 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。
【主权项】
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。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。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（l〇2c)、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（1 〇6a、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（l〇2a)、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