CN104976996A - 带周期分布集中质量块的嵌套环式mems振动陀螺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺，包括带周期分布集中质量块的嵌套环式谐振子以及设置在谐振子内部或/和外部的电极，谐振子包括嵌套环式柔性框架、设置在嵌套环式柔性框架上的质量块以及固定谐振子的锚点，整个谐振子通过位于谐振子中心的锚点与基底牢固锚接。所述嵌套环式柔性框架由嵌套环和轮辐状支撑梁构成，能够采用多种方式在嵌套环式柔性框架上添加质量块，电极可以设置在谐振子的内部或外部，也可以在谐振子内外同时设置电极。本发明具有较高的热弹性Q值；较大的谐振质量；较大的驱动幅值；如果采用内置电极设计或者内外置电极并存设计，那么还具有检测电容面积大、测控电极数目多等诸多优点。

Description

带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺

技术领域

本发明涉及一种微机电陀螺仪，并且特别涉及一种MEMS振动陀螺。

背景技术

陀螺仪是测量载体相对惯性空间旋转运动的传感器，是运动测量、惯性导航、制导控制等领域的核心器件，在航空航天、智能机器人、制导弹药等高端工业装备和精确打击武器中具有非常重要的应用价值。传统的陀螺仪包括机械转子陀螺、静电陀螺、半球谐振陀螺、激光陀螺、光纤陀螺、动力调谐陀螺等，它们虽然精度高，但体积、功耗、价格等方面难以满足要求。基于微机电系统技术的MEMS陀螺仪具有体积小、功耗低、寿命长、可批量生产、价格便宜等特点，在大批量和小体积的工业和武器装备应用中具有先天优势。但与传统陀螺仪相比，目前MEMS陀螺仪的精度还不够高，应用主要局限于智能手机、微型无人机、汽车稳定控制、微惯性/卫星组合导航系统等低端领域。卫星导航抗干扰抗欺骗、室内导航、微小型水下无人平台、单兵定位、地下随钻定向系统等新兴领域对高性能、小体积、低功耗、低成本微陀螺仪提出了迫切需求。

实现MEMS陀螺仪高性能的关键是高Q值、大谐振质量、大驱动幅值以及大检测电容，而且工作在退化模态(驱动模态与检测模态相同)的振动陀螺较工作在正交模态(驱动模态与检测模态不相同且正交)的振动陀螺具有更高的精度潜力。

影响Q值的主要因素有热弹性阻尼、支撑损耗、压膜阻尼、滑膜阻尼和其他阻尼，对于处于高真空环境下并且支撑良好的平面微结构而言，其中热弹性阻尼起着决定性作用。

热弹性阻尼是由结构中不可逆的热流引起的，以梁结构为例，振动状态下发生弯曲的梁一侧受拉，另一侧受压，由材料的热膨胀性质使得应力场与温度场出现耦合。Zener在文献[C.Zener,“Internal Friction in Solids II:General Theory of Thermoelastic Internal Friction,”PhysicalReview,vol.53,pp.230–235,1938.]中给出了振动结构热弹性阻尼的通用表达式：

$\frac{1}{Q_{TED}}=\left(\frac{{\mathrm{E\α}}^2{T}_0}{C_v}\right)\frac{\mathrm{\ω}\mathrm{\τ}}{1+{\mathrm{\ω}}^2{\mathrm{\τ}}^2}---\left(1\right)$

其中E为材料杨氏模量，α为材料热膨胀系数，T₀为标称平均温度300K，C_v为材料的热容量，ω为机械谐振频率，τ为热弛豫时间，对于简单的梁结构而言，有：

$\mathrm{\τ}=\frac{C_v{b}^2}{{\mathrm{\κ\π}}^2}---\left(2\right)$

其中b为梁的宽度，κ为材料热导率。

该机械—热耦合的唯象解释为：结构受压一侧温度升高，受拉一侧温度降低，从而产生温度梯度，该温度梯度引起热传导导致能量损耗。热弛豫时间τ的物理意义为从冷热不平衡到冷热平衡所需的时间称。当结构的振动周期t与热弛豫时间τ接近时，能量的损耗达到最大。如果振动周期t远大于热弛豫时间τ，则结构在振动中大致处于热平衡状态，称这样的状态为“等温”状态，该状态下结构损耗的能量较少；如果振动周期t远小于热弛豫时间τ，振动结构的热不平衡来不及弛豫，称这样的状态为“绝热”状态，该状态下同样能量损耗较少。

热弹性Q值(Q_TED)的影响曲线如图1所示，图中横坐标为结构固有频率f与热弛豫频率f₀的比值，其中热弛豫频率为热弛豫时间的倒数，即：f₀＝1/τ。因此获得高Q_TED值的关键是通过结构设计使得结构工作模态的谐振频率避开热弛豫频率。对于硅材料微结构而言，其热弛豫时间较短，而且结构越小热弛豫时间越短。

由于硅是一种高热导率材料，由(2)式可知，如果产生形变的结构的尺度很小，则可以实现很小的热弛豫时间τ(很大的热弛豫频率f₀)。通常的高Q_TED值硅微器件处于“等温状态”，即f<<f₀，例如专利CN102388292A中所述的谐振子，该谐振子采用嵌套的多个谐振环组成，该设计的Q_TED值处于10⁵量级，多个嵌套环也提供了较大的谐振质量。然而该设计的质量和刚度是耦合的，即要实现更大的谐振质量必然引起刚度的增加，结构的机械谐振频率 $f\&Proportional;\sqrt{k^{*}/m^{*}},$ 其中m*和k*分别为结构等效质量和等效刚度，结构刚度增加必然导致结构机械谐振频率增大，不利于Q值的提升，而且采用了分布质量。该设计虽然体现了较高的性能，但是该结构的Q值和谐振质量仍然有待提高。

也有使微器件处于“绝热状态”来实现高Q_TED值的，例如专利CN101553734A中所述的谐振子，该设计通过厚实的结构来实现极高的固有频率(MHz级别)和相对较低的热弛豫频率，即f>>f₀。该结构虽然具有较高的Q值和较大的谐振质量，但是很小的驱动幅值限制了其性能的提高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺。

本发明的技术方案是：

一种带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺，包括带周期分布集中质量块的嵌套环式谐振子以及设置在谐振子内部或/和外部的电极，所述谐振子包括嵌套环式柔性框架、设置在嵌套环式柔性框架上的质量块以及固定谐振子的锚点，整个谐振子通过位于谐振子中心的锚点与基底牢固锚接，所述嵌套环式柔性框架整体为轴对称结构，所述嵌套环式柔性框架由嵌套环和轮辐状支撑梁构成，所述嵌套环为多个以锚点为圆心的圆环且圆环之间等间距，相邻嵌套环之间以及位于最里层的嵌套环与锚点之间通过多根均匀分布的轮辐状支撑梁支撑连接，质量块设置在相邻嵌套环之间的环圈内，多个质量块呈周向周期均匀分布在多个环圈内，位于同一环圈中的所有质量块分布在同一圆周上，每个环圈内的质量块的数目相等。

进一步地，本发明中的所述质量块有多种设置方式，质量块可以直接设置在轮辐状支撑梁上，即所述质量块均固定在轮辐状支撑梁上。

进一步地，本发明的所述质量块可以采用“悬挂”的方式设置，即本发明还包含用于设置质量块的悬臂梁，多根悬臂梁均匀设置在嵌套环的内侧/外侧，悬臂梁一端固定连接在嵌套环上，悬臂梁的末端伸向嵌套环内侧/外侧的环圈中，且同一环圈内的相邻悬臂梁以及相邻悬臂梁与轮辐状支撑梁之间的间距相等，每根悬臂梁的末端均固定有一质量块。

进一步地，本发明的所述质量块可以直接设置在轮辐状支撑梁上，同时还采用的“悬挂”的方式设置。即本发明还包含用于设置质量块的悬臂梁，多根悬臂梁均匀设置在嵌套环的内侧/外侧，悬臂梁一端固定连接在嵌套环上，悬臂梁的末端伸向嵌套环内侧/外侧的环圈中，且同一环圈内的相邻悬臂梁以及相邻悬臂梁与轮辐状支撑梁之间的间距相等，位于同一环圈内的悬臂梁以及轮辐状支撑梁上均设置有质量块。

进一步地，本发明带周期分布集中质量块的嵌套环式谐振子采用高热导率材料制作而成。

进一步地，本发明带周期分布集中质量块的嵌套环式谐振子采用单晶硅制作而成。

进一步地，本发明所述电极设置在谐振子外部，多个电极呈周向周期均匀分布在谐振子的外周，相邻嵌套环之间形成的环圈均设置有呈周向周期均匀分布的质量块。

进一步地，本发明所述电极设置在谐振子内部，至少一个由相邻嵌套环形成的环圈内分布有呈周向周期均匀分布的多个电极，其余相邻嵌套环形成的环圈内均设置有呈周向周期均匀分布的质量块。

进一步地，本发明所述谐振子外部和内部均设置有电极，多个电极呈周向周期均匀分布在谐振子的外周，且至少一个由相邻嵌套环形成的环圈内分布有呈周向周期均匀分布的多个电极，其余相邻嵌套环形成的环圈内均设置有呈周向周期均匀分布的质量块。

进一步地，本发明所述谐振子内部设置有电极，所述谐振子内部的多个环圈用于内置电极，靠近锚点的两个相邻环圈内放置两圈电极且这两圈电极用于驱动和修调，远离锚点的一圈环圈内置两圈电极且这两圈电极用于检测和修调。

本发明通过在轴对称的嵌套环式柔性框架上添加周期分布的集中质量块来实现质量与刚度的解耦，即增大谐振质量后不会影响或者仅仅轻微影响结构的刚度，嵌套环式柔性框架应该具有的特征是刚度低，而且是轴对称结构，在本发明的具体实施例中，柔性框架为嵌套的多个环结构，嵌套环之间通过周向周期均匀分布的轮辐状支撑梁连接。

在嵌套环式柔性框架上添加设置周期分布集中质量块的要点是尽量避免影响整体结构的刚度，可以在嵌套环式柔性框架上采用“悬挂”的方式添加质量块，即从在嵌套环式柔性框架上伸出一根悬臂梁，然后在悬臂梁的末端添加集中质量块，如果该悬臂梁的宽度不大，这种方式仅对嵌套环框架的刚度产生很小的影响。

另外，可以在对嵌套环式柔性框架刚度影响较小的部位添加周期分布集中质量块，例如嵌套环式柔性框架的轮辐状的支撑梁上添加周期分布集中质量块。所有添加集中质量块的方式都必须考虑重力对于柔性结构的影响(质量块重力引起的柔性框架和连接用悬臂梁的形变)，由于在微尺度下，重力等体积力影响轻微，重力引起的柔性结构形变较小，因此添加集中质量块的方式特别适合微结构的质量与刚度解耦设计。

本发明的带周期分布集中质量块的嵌套环式谐振子具有较低的等效刚度和较大的等效质量，因此具有较低的固有频率。而且本发明的带周期分布集中质量块的嵌套环式谐振子采用单晶硅等高热导率材料制作，引起热弹性阻尼的结构机械—热耦合出现在结构的嵌套环式柔性框架上，然而嵌套环式柔性框架可以实现很薄的设计，因此结构可以实现很小的热弛豫时间(即很高的热弛豫频率)。通过图1得知较低的固有频率f和较高的热弛豫频率f₀可以得到很高的Q_TED值。

本发明的带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺是一种典型的工作在退化模态的微振动陀螺，即其谐振子的驱动模态与检测模态一样。带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺的工作原理为：通过静电力驱动方式，以特定的频率激励出谐振子如图2A所示的第一模态(即驱动模态)，其第一模态为环向波数为2的驻波，其中波腹点处的振幅最大，波节点处的振幅为零，波腹点连线构成固有刚性轴系；当有轴向角速度输入时，谐振子在哥氏力的作用下产生如图2B所示的另一固有刚性轴系的第二模态(即检测模态)，谐振子第二模态的振动通过电容检测方式，转换成敏感电信号，该敏感电信号与输入角速度成正比，经过滤波及放大等处理即可得到输入角速度信息。

此外由于谐振子不可避免存在一定的制造误差，该误差引起的振型偏移和频率裂解是影响陀螺性能的主要因素，需要采用静电修调实现陀螺的动态平衡，通过在特定位置的修调控制电极上施加偏置电压来实现系统等效刚度的调节，从而实现谐振子的模态匹配和动态平衡。

带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺采用静电/电容的方式实现谐振子的驱动、检测和修调，因此电极的设计对于MEMS振动陀螺的性能有着重要的影响。带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺可以采用环绕在谐振子周围的外置电极的设计，也可以在谐振子内部的空隙设计内置电极，同时还可以采用外置电极和内置电极并存的设计。如果电极数目越多，单个电极的电容面积越大，则电极的驱动、检测和修调效果越好。

本发明的有益技术效果：

本发明充分利用微结构的微尺度效应，采用在柔性框架上添加周期分布的集中质量块，实现了谐振子的质量和刚度解耦，使得结构能够同时具备较大的谐振质量和较小的结构刚度。该设计能够达成诸多有益于陀螺性能的优秀特质：高的Q_TED值、大的谐振质量和大的驱动幅值，如果采用内置电极设计或者内、外置电极并存设计，还能够实现大的检测电容和充裕的修调电极数目。

为了更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明、附图以及附表，然而所附图仅提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1示出了热弹性Q_TED值与结构固有频率f和热弛豫频率f₀的比值的关系曲线；

图2A示出了带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺等退化模态陀螺谐振子的第一模态(驱动模态)示意图；

图2B示出了带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺等退化模态陀螺谐振子的第二模态(检测模态)示意图；

图3A示出了在嵌套环式柔性框架的轮辐状支撑梁上添加周期分布的集中质量块的嵌套环式谐振子的拓扑形式(左)以及结构示意图(右)；

图3B示出了在嵌套环式柔性框架的每个嵌套环上以“悬挂”的方式添加8个周期分布的集中质量块的嵌套环式谐振子的拓扑形式(左)以及结构示意图(右)；

图3C示出了在嵌套环式柔性框架的每个嵌套环上以“悬挂”的方式添加16个周期分布的集中质量块的嵌套环式谐振子的拓扑形式(左)以及结构示意图(右)；

图3D示出了同时在嵌套环式柔性框架的轮辐状支撑梁和嵌套环上添加周期分布集中质量块的嵌套环式谐振子的拓扑形式(左)以及结构示意图(右)；

图4示出了去除内部的某些质量块以便形成空缺放置内置电极的带周期分布集中质量块的嵌套环式谐振子的结构示意图；

图5示出了静力仿真结果，用于说明添加周期分布集中质量块的微型嵌套环式谐振子在重力作用下的很小的静态变形；

图6A示出了带周期分布集中质量块的嵌套环式谐振子的第一模态振型图；

图6B示出了带周期分布集中质量块的嵌套环式谐振子的第二模态振型图；

图7A示出了采用周向均匀分布的多个外置电极的带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺结构示意图；

图7B示出了采用多个内置电极的带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺结构示意图；

图7C示出了同时采用外置电极和内置电极的带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺结构示意图。

具体实施方式

本发明通过在轴对称的嵌套环式柔性框架上添加集中质量块来实现质量与刚度的解耦，即增大谐振质量后不会影响或者仅仅轻微影响结构的刚度。如图3A、3B、3C、3D所示为嵌套环式柔性框架上添加集中质量块的谐振子的四个实施例的拓扑示意图(左图)和结构示意图(右图)实施例中嵌套环式柔性框架1由嵌套环2和轮辐状支撑梁3构成，整个结构通过锚点4与基底牢固锚接。

图3A所示实施例中，在嵌套环式柔性框架1的轮辐状支撑梁3上设置质量块5，相邻嵌套环2之间间距相等且相邻嵌套环2之间形成环圈，相邻嵌套环2之间均通过8根均匀分布的支撑梁3连接，每个环圈内均设有8个周向周期均匀分布的质量块6，质量块6设置在支撑梁3上。

图3B、3C所示的实施例是在嵌套环式柔性框架1的嵌套环2上采用“悬挂”方式设置不同数量的质量块6。多根悬臂梁7呈圆环形均匀设置在嵌套环2的内侧，且同一环圈内的相邻悬臂梁7以及相邻悬臂梁7与支撑梁3之间的间距相等，所述质量块6均固定在悬臂梁7上。在图3B中，每个嵌套环2上设有8根悬臂梁7，悬臂梁7一端与嵌套环2连接，悬臂梁7的末端用于设置质量块6，相邻嵌套环2之间的环圈内均设有8个周向周期均匀分布的质量块6，质量块6设置在悬挂梁7的末端。在图3C中，每个嵌套环2上设有16根悬臂梁，7相邻嵌套环2之间的环圈内均设有16个周向周期均匀分布的质量块6，质量块6均设置在悬挂梁7的末端。质量块6采用“悬挂”的方式与嵌套环式柔性框架连接，对于框架的刚度影响很小；

图3D所示的实施例在嵌套环式柔性框架1的嵌套环2上“悬挂”质量块6，同时在嵌套环式柔性框架1的轮辐状支撑梁3上设置质量块5。

增加电极数目可以增大检测电容面积，同时还能提升陀螺驱动和控制效率，可以进一步提升陀螺性能。在图4所示的实施例中，带周向周期均匀分布集中质量块的嵌套环式谐振子11包括嵌套环式柔性框1、设置在嵌套环式柔性框架1上的质量块6以及固定谐振子11的锚点4，整个谐振子11通过位于谐振子11中心的锚点4与基底牢固锚接，所述嵌套环式柔性框架1整体为轴对称结构，所述嵌套环式柔性框架1由嵌套环2和轮辐状支撑梁3构成，所述嵌套环2为多个以锚点4为圆心的圆环且圆环之间等间距，相邻嵌套环2之间以及位于最里层的嵌套环2与锚点4之间通过多根均匀分布的支撑梁3支撑连接，全部支撑梁3整体呈轮辐状分布，相邻嵌套环2之间形成设置质量块或电极的环圈8，可以将多个环圈8空置用于放置内置电极，以便增加电极数目。

在微尺度效应下，重力等体积力影响轻微，通过较细的悬臂梁悬挂的质量块不会产生较大的下垂变形，同时较薄的嵌套环式框架也可以支撑较大质量的结构而不产生较大变形。通过有限元软件仿真添加质量块的嵌套环式谐振子在轴向重力加速度作用下的静态变形，仿真分析中重力加速度g设置为9.81m/s²，方向为沿谐振子轴向。仿真中各实施例带周期分布集中质量块的嵌套环式谐振子基本结构参数如表1所示，谐振子的仿真材料为单晶硅，仿真得到带周期分布集中质量块的嵌套环式谐振子下垂变形如图5所示(图中的位移作了放大处理，以便更好地观察变形情况)，各实施例的谐振子在重力作用下的最大变形数值如表2所示。由仿真结果表明，带周期分布集中质量块的嵌套环式谐振子虽然悬挂了质量块，但是重力下垂位移均处于纳米量级的极小水平，对于陀螺的正常工作不会产生影响。

表1仿真采用的各实施例中带周期分布集中质量块的嵌套环式谐振子基本结构参数

表2仿真得到的各实施例中带周期分布集中质量块的嵌套环式谐振子重力下垂位移

本实施例的谐振子具有较低的等效刚度和较大的等效质量，因此具有较低的固有频率。由于引起热弹性阻尼的结构机械—热耦合出现在结构的嵌套环式柔性框架上，然而嵌套环式柔性框架厚度可以实现很薄的设计，因此结构具有很小的热弛豫时间(即很高的热弛豫频率)。通过图1得知较低的固有频率f和较高的热弛豫频率f₀可以得到很高的Q_TED值。

采用COMSOL Multiphysics软件进行带周期分布集中质量块的嵌套环式谐振子的工作模态的热弹性阻尼仿真研究，仿真中谐振子的材料设置为单晶硅，其中谐振子的工作模态为环向波数为2的驻波模态，如图6所示。通过仿真结构参数如表1所示的各实施例谐振子的热弹性特性，同时对比仿真不添加质量块的嵌套环框架的热弹性特性，仿真结果如表3所示。仿真结果表明，添加质量块的嵌套环式谐振子相比于不添加集中质量的嵌套环框架工作模态的Q_TED值提升了若干倍。

表3仿真得到的各实施例中带周期分布集中质量块的嵌套环式谐振子工作模态的热弹性Q_TED值

实施例中带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺的工作原理为：通过静电力驱动方式，激励出谐振子如图6A所示的驱动模态，当有轴向角速度输入时，谐振子在哥氏力的作用下产生如图6B所示的检测模态，谐振子检测模态的振动通过电容检测方式，转换成敏感电信号，该敏感电信号与输入角速度成正比，经过滤波及放大等处理即可得到输入角速度信息。

电极的设置对于MEMS振动陀螺的性能有着重要的影响。在图7A所示的实施例中，带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺采用外置电极设计，可以根据实际需要设计电极数目，一般8个周向周期均匀分布的电极可以使陀螺正常工作，然而谐振子的制造误差会影响陀螺的性能，因此更好的方式是设置16个或者更多周向周期均匀分布的电极，驱动轴(x-O-y)和敏感轴(x’-O-y’)对应的电极用于陀螺的驱动和检测，剩余电极用于陀螺的静电力修调，实现陀螺的动态平衡。

在图7B所示的实施例中，带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺采用内置电极设计，内置电极设置在谐振子11的内部环圈内，谐振子内部多个环圈用于内置电极，靠近谐振子锚点的一圈环圈内可以放置两圈电极12，这些内置电极可以用于驱动和修调，远离谐振子锚点的一圈环圈内也可以放置两圈电极13，这些内置电极可以用于检测和修调。相较于外置电极设计，内置电极设计能够增加电极数目，有利于陀螺性能提升。

在图7C所示的实施例中，带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺采用外置电极和内置电极并存的设计，靠近锚点的两圈内置电极12可以用于驱动和修调，远离谐振子锚点的两圈内置电极13可用于检测和修调，外置电极14也可用于检测和修调。

以上包含了本发明优选实施例的说明，这是为了详细说明本发明的技术特征，并不是想要将发明内容限制在实施例所描述的具体形式中，依据本发明内容主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本发明内容的主旨是由权利要求书所界定，而非由实施例的具体描述所界定。

Claims (10)

1.一种带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺，其特征在于：包括带周期分布集中质量块的嵌套环式谐振子以及设置在谐振子内部或/和外部的电极，所述谐振子包括嵌套环式柔性框架、设置在嵌套环式柔性框架上的质量块以及固定谐振子的锚点，整个谐振子通过位于谐振子中心的锚点与基底牢固锚接，所述嵌套环式柔性框架整体为轴对称结构，所述嵌套环式柔性框架由嵌套环和轮辐状支撑梁构成，所述嵌套环为多个以锚点为圆心的圆环且圆环之间等间距，相邻嵌套环之间以及位于最里层的嵌套环与锚点之间通过多根均匀分布的轮辐状支撑梁支撑连接，质量块设置在相邻嵌套环之间的环圈内，多个质量块呈周向周期均匀分布在多个环圈内，位于同一环圈中的所有质量块分布在同一圆周上，每个环圈内的质量块的数目相等。

2.根据权利要求1所述的带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺，其特征在于：所述质量块均固定在轮辐状支撑梁上。

3.根据权利要求1所述的带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺，其特征在于：还包含用于设置质量块的悬臂梁，多根悬臂梁均匀设置在嵌套环的内侧/外侧，悬臂梁一端固定连接在嵌套环上，悬臂梁的末端伸向嵌套环内侧/外侧的环圈中，且同一环圈内的相邻悬臂梁以及相邻悬臂梁与轮辐状支撑梁之间的间距相等，每根悬臂梁的末端均固定有一质量块。

4.根据权利要求1所述的带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺，其特征在于：还包含用于设置质量块的悬臂梁，多根悬臂梁均匀设置在嵌套环的内侧/外侧，悬臂梁一端固定连接在嵌套环上，悬臂梁的末端伸向嵌套环内侧/外侧的环圈中，且同一环圈内的相邻悬臂梁以及相邻悬臂梁与轮辐状支撑梁之间的间距相等，位于同一环圈内的悬臂梁以及轮辐状支撑梁上均设置有质量块。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺，其特征在于：带周期分布集中质量块的嵌套环式谐振子采用高热导率材料制作而成。

6.根据权利要求5所述的带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺，其特征在于：带周期分布集中质量块的嵌套环式谐振子采用单晶硅制作而成。

7.根据权利要求6所述的带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺，其特征在于：所述电极设置在谐振子外部，多个电极呈周向周期均匀分布在谐振子的外周，相邻嵌套环之间形成的环圈均设置有呈周向周期均匀分布的质量块。

8.根据权利要求6所述的带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺，其特征在于：所述电极设置在谐振子内部，至少一个由相邻嵌套环形成的环圈内分布有呈周向周期均匀分布的多个电极，其余相邻嵌套环形成的环圈内均设置有呈周向周期均匀分布的质量块。

9.根据权利要求6所述的带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺，其特征在于：所述谐振子外部和内部均设置有电极，多个电极呈周向周期均匀分布在谐振子的外周，且至少一个由相邻嵌套环形成的环圈内分布有呈周向周期均匀分布的多个电极，其余相邻嵌套环形成的环圈内均设置有呈周向周期均匀分布的质量块。

10.根据权利要求8或9所述的带周期分布集中质量块的嵌套环式MEMS振动陀螺，其特征在于：所述谐振子内部设置有电极，所述谐振子内部的多个环圈用于内置电极，靠近锚点的两个相邻环圈内放置两圈电极且这两圈电极用于驱动和修调，远离锚点的一圈环圈内置两圈电极且这两圈电极用于检测和修调。