本发明涉及微机械传感器领域，尤其涉及一种可静电频率修调的恒温控制微机械压电式环形陀螺仪。
背景技术：
1、陀螺仪是一种测量物体角速度或角度的传感器，广泛应用于消费电子、汽车电子、航空航天、国防军事等领域。随着技术的发展，各领域对传感器体积、可集成化、成本等方面有了更高的要求，微机械（micro electro mechanical systems，mems）陀螺仪以其体积小、功耗低、易集成、成本低等优点，得到了研究人员的广泛关注。
2、目前，高精度的mems陀螺仪已实现导航级的性能，这些mems陀螺仪大多采用静电驱动、电容检测的方式进行驱动和敏感结构信号检测，大多工作在模态匹配模式。温度是影响mems陀螺仪性能的重要因素，温度的变化会引起mems陀螺仪结构材料弹性模量、热膨胀系数等参数的变化，造成mems陀螺仪频率偏移和结构应力分布不均等问题，导致mems陀螺仪输出信号波动，影响mems陀螺仪的零偏稳定性。此外，由于制造误差，加工后的mems陀螺仪的模态之间往往有一定的频差，这不利于mems陀螺仪的信噪比，严重制约了mems陀螺仪的性能。为实现mems陀螺仪的模态匹配，提高mems陀螺的信噪比，对于压电式的mems陀螺仪，一般采用机械式修调方式来减小模态间的频差。但是，这种方式的修调精度受限于设备精度，而且需在mems陀螺仪在进行真空封装之前完成频率修调工作，工作量大，且无法排除真空封装过程对频率频差的影响，无法用于圆片级真空封装工艺，难以批量化生产。
3、如何提供一种压电式mems陀螺仪的恒温控制方法和频率调修方法成为当务之急。
技术实现思路
1、本发明提供一种可静电频率修调的恒温控制微机械压电式环形陀螺仪，可实现陀螺仪的恒温控制，以及可实时对陀螺仪的频率进行调修。
2、本发明提供了一种可静电频率修调的恒温控制微机械压电式环形陀螺仪，包括：
3、圆环谐振子；
4、支撑组件，包括谐振子支撑梁、加热框、加热框支撑梁、锚点和衬底，所述圆环谐振子通过所述谐振子支撑梁与所述加热框内侧连接，所述加热框外侧通过所述加热框支撑梁与所述锚点连接，所述锚点固定于所述衬底上；所述衬底设有空腔，所述圆环谐振子、所述谐振子支撑梁和所述加热框通过所述加热框支撑梁悬挂于空腔之上；
5、温控单元，包括测温件和控温件，所述测温件用于获取圆环谐振子的温度，所述控温件用于根据测温件测量到的圆环谐振子的温度来调控所述圆环谐振子的温度；
6、模态测控单元，用于调控所述圆环谐振子的工作模态并检测陀螺仪旋转引起的科氏力信号；
7、修频单元，多个所述修频单元间隔设置在所述圆环谐振子的内侧，用于施加电压以利用静电负刚度原理来调控所述圆环谐振子的谐振频率，所述修频单元与所述衬底电学绝缘。
8、可选地，所述圆环谐振子、所述谐振子支撑梁、所述加热框、所述加热框支撑梁和所述锚点均包括依次层叠的硅结构层、底部氧化层、底电极层、压电薄膜层，所述底电极层和所述衬底接地，所述圆环谐振子、所述谐振子支撑梁、所述加热框、所述加热框支撑梁还包括层叠在所述压电薄膜层的顶电极层和顶部氧化物层，所述锚点与所述衬底之间设置有衬底氧化层。
9、可选地，所述硅结构层采用单晶硅材料时，可通过改变单晶硅的掺杂浓度或晶向调整所述圆环谐振子的频率温度拐点，所述频率温度拐点高于工业温度，所述工业温度的取值范围为-40℃-85℃。
10、可选地，所述加热框上设置有多个间隔分布的隔热通孔，所述加热框的外侧间隔设置有多个加热框支撑梁，所述加热框支撑梁的个数与所述谐振子支撑梁的个数相同；
11、所述加热框的面内刚度大于所述圆环谐振子和所述谐振子支撑梁中任一个的面内刚度，所述加热框支撑梁的面内刚度大于所述圆环谐振子和所述谐振子支撑梁中任一个的面内刚度，在所述圆环谐振子工作时，所述加热框和所述加热框支撑梁保持相对静止。
12、可选地，所述谐振子支撑梁为z型梁或折叠梁；
13、在所述圆环谐振子的工作模态为椭圆模态时，所述谐振子支撑梁的个数为8个；在所述圆环谐振子的工作模态为三阶酒杯模态时，所述谐振子支撑梁的个数为12个。
14、可选地，所述测温件包括测温电极，所述控温件包括加热电极，所述温控单元设于所述锚点上方，所述温控单元与所述硅结构层电学导通。
15、可选地，所述模态测控单元包括驱动电极、驱动检测电极、感应电极和感应激励电极，所述驱动电极、所述驱动检测电极、所述感应电极和所述感应激励电极之间相互电学绝缘；
16、所述驱动电极、所述驱动检测电极、所述感应电极和所述感应激励电极在所述圆环谐振子的外侧均匀铺设，且所述驱动电极、所述驱动检测电极、所述感应电极和所述感应激励电极位于所述锚点上，所述驱动电极、所述驱动检测电极、所述感应电极、所述感应激励电极与所述压电薄膜层电学导通。
17、可选地，所述修频单元为修频电极，所述修频电极包括依次层叠的硅结构层和电极层，所述硅结构层与所述衬底之间设置有衬底氧化层。
18、可选地，所述修频单元的数量与所述模态测控单元的数量相同，位于所述圆环谐振子内侧的所述修频单元与位于所述圆环谐振子外侧的所述模态测控单元一一对应布置。
19、可选地，所述修频单元与所述圆环谐振子之间的间距为1-10μm。
20、本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
21、在本公开实施例中，陀螺仪包括圆环谐振子、支撑组件、温控单元、模态测控单元和修频单元，其中，支撑组件用于使得圆环谐振子悬挂于衬底的空腔之上，同时，支撑组件还可起到电学导通作用，并且设置支撑组件有利于提升热阻，减少圆环谐振子与外界的热交换。通过模态测控单元可调控圆环谐振子的模态，例如调控圆环谐振子在某一固定频率振动，使其工作在三阶酒杯模态，当陀螺仪相对惯性参考系旋转时，激发圆环谐振子的简并工作模态，通过对其简并模态信号进行测量，实现对角速度、角度等参数的测量。温控单元中设置有测温件和控温件，通过测温件实时获取圆环谐振子的温度，通过控温件实时调控圆环谐振子的温度，从而使得圆环谐振子的温度保持恒定或在允许的温度范围内发生波动。修频单元间隔设置在圆环谐振子的内侧，该修频单元可调控圆环谐振子简并工作模态间的频差，当陀螺仪工作时，若圆环谐振子某一简并工作模态频率较大，则在该模态对应振型位置处的修频单元施加直流电压以利用静电负刚度效应，减小该模态的频率，从而减小圆环谐振子简并工作模态间的频差，提升陀螺仪的信噪比，从而提升陀螺的性能。同时，采用本发明中的修频单元进行频率调修时，可以避免传统压电式mems陀螺仪机械修调的缺点，可在线减小简并模态间的频差，提升陀螺仪的性能，增加了频率修调的灵活性，修调工作量小，易于移植到圆片级真空封装工艺中实现批量化生产。
1.一种可静电频率修调的恒温控制微机械压电式环形陀螺仪，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的可静电频率修调的恒温控制微机械压电式环形陀螺仪，其特征在于，所述圆环谐振子、所述谐振子支撑梁、所述加热框、所述加热框支撑梁和所述锚点均包括依次层叠的硅结构层、底部氧化层、底电极层、压电薄膜层，所述底电极层和所述衬底接地，所述圆环谐振子、所述谐振子支撑梁、所述加热框、所述加热框支撑梁还包括层叠在所述压电薄膜层的顶电极层和顶部氧化物层，所述锚点与所述衬底之间设置有衬底氧化层。
3.根据权利要求2所述的可静电频率修调的恒温控制微机械压电式环形陀螺仪，其特征在于，所述硅结构层采用单晶硅材料时，可通过改变单晶硅的掺杂浓度或晶向调整所述圆环谐振子的频率温度拐点，所述频率温度拐点高于工业温度，所述工业温度的取值范围为-40℃-85℃。
4.根据权利要求1所述的可静电频率修调的恒温控制微机械压电式环形陀螺仪，其特征在于，所述加热框上设置有多个间隔分布的隔热通孔，所述加热框的外侧间隔设置有多个加热框支撑梁，所述加热框支撑梁的个数与所述谐振子支撑梁的个数相同；
5.根据权利要求1所述的可静电频率修调的恒温控制微机械压电式环形陀螺仪，其特征在于，所述谐振子支撑梁为z型梁或折叠梁；
6.根据权利要求2所述的可静电频率修调的恒温控制微机械压电式环形陀螺仪，其特征在于，所述测温件包括测温电极，所述控温件包括加热电极，所述温控单元设于所述锚点上方，所述温控单元与所述硅结构层电学导通。
7.根据权利要求2所述的可静电频率修调的恒温控制微机械压电式环形陀螺仪，其特征在于，所述模态测控单元包括驱动电极、驱动检测电极、感应电极和感应激励电极，所述驱动电极、所述驱动检测电极、所述感应电极和所述感应激励电极之间相互电学绝缘；
8.根据权利要求1所述的可静电频率修调的恒温控制微机械压电式环形陀螺仪，其特征在于，所述修频单元为修频电极，所述修频电极包括依次层叠的硅结构层和电极层，所述硅结构层与所述衬底之间设置有衬底氧化层。
9.根据权利要求1至8任一项所述的可静电频率修调的恒温控制微机械压电式环形陀螺仪，其特征在于，所述修频单元的数量与所述模态测控单元的数量相同，位于所述圆环谐振子内侧的所述修频单元与位于所述圆环谐振子外侧的所述模态测控单元一一对应布置。
10.根据权利要求1至8任一项所述的可静电频率修调的恒温控制微机械压电式环形陀螺仪，其特征在于，所述修频单元与所述圆环谐振子之间的间距为1-10μm。
