專利名稱：三自由度諧振硅微機械陀螺儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子機械系統(tǒng)和微慣性測量技術(shù)，特別涉及一種三自由度諧振硅微機械陀螺儀。
背景技術(shù)：
微機械慣性儀表包括微機械陀螺儀(MMG)和微機械加速度計。利用微電子加工工藝允許將微機械結(jié)構(gòu)與所需的電子線路完全集成在一個硅片上，從而達(dá)到性能、價格、體積、重量、可靠性諸方面的高度統(tǒng)一。因而，這類儀表具有一系列的優(yōu)點(如體積小、重量輕、價格便宜、可靠性高、能大批量生產(chǎn)等)，具有廣泛的應(yīng)用前景。主要用于汽車工業(yè)、工業(yè)監(jiān)控及消費類產(chǎn)品和機器人技術(shù)，如氣囊、防抱死系統(tǒng)、偏航速率傳感器、翻滾速率傳感器、圖像穩(wěn)定及玩具等等；在軍用領(lǐng)域，可用于靈巧炸彈、只能炮彈、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、新概念武器和微型飛機的自主導(dǎo)航制導(dǎo)系統(tǒng)。1993年，美國德雷珀實驗室通過在玻璃表面覆蓋硅層技術(shù)制作了一種新型微機械陀螺一音叉式線振動陀螺。該陀螺儀由雙質(zhì)量塊、支撐梁和橫梁組成，陀螺儀采用線振動驅(qū)動，角振動敏感檢測，可檢測陀螺儀平面的軸向輸入角速率。該陀螺儀的雙質(zhì)量塊設(shè)計可增加輸出信號，但其驅(qū)動與敏感運動完全耦合，且角振動的線性度較差，限制了其靈敏度的提聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對已有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種三自由度諧振硅微機械陀螺儀。三自由度諧振硅微機械陀螺儀是用于垂直于基座水平面的測量儀器，陀螺儀由單自由度驅(qū)動，兩個自由度檢測的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明包括玻璃襯底、直形梳狀靜電諧振器、外框架
3、一級感應(yīng)振動框架4、二級感應(yīng)振動質(zhì)量塊5、彈性梁2a、2b、2c、2d、固定梳齒6a、6b、敏感梳狀電極7a、7b、8a、8b、折疊梁9a、9b、錨點la、lb、lc、ld，陀螺儀由上下兩層組成，其特征在于外框架3經(jīng)彈性梁2a、2b、2c、2d固定于錨點la、lb、lc、Id之上，錨點la、lb、lc、Id安裝在下層的玻璃襯底上，上層機械結(jié)構(gòu)部分懸空在下層的玻璃襯底部分之上，外框架3的兩側(cè)設(shè)有兩組直形梳狀靜電諧振器，二級感應(yīng)振動質(zhì)量塊5經(jīng)折疊梁9a、9b與一級感應(yīng)振動框架4相連，一級感應(yīng)振動框架4經(jīng)彈性梁10a、IObUOcUOd安裝在外框架3上，一級感應(yīng)振動框架4和二級感應(yīng)振動質(zhì)量塊5的兩側(cè)各設(shè)有兩組直線形敏感梳狀電極。本發(fā)明的工作原理參見圖2，在梳齒狀靜電諧振器上，施加含電流偏置電壓的相位相反的交變電壓，由于交變的靜電吸力作用，是整個陀螺儀活動結(jié)構(gòu)嚴(yán)沿驅(qū)動軸向作線振動。設(shè)線振動波形為正弦波，振幅為Atl，角頻率為Wn，則線振動位移為X = A0sin Co nt于是，振動的線速度為V = x& = A0 COnCOs Co nt
假如陀螺儀有繞Z軸方向的輸入角速度Wx時，由于科氏效應(yīng),感應(yīng)質(zhì)量塊會受到
垂直于開始的線振動方向的科氏加速度的作用，其大小為
權(quán)利要求
1.一種三自由度諧振娃微機械陀螺儀，包括玻璃襯底、直形梳狀靜電諧振器、夕卜框架(3)、一級感應(yīng)振動框架(4)、二級感應(yīng)振動質(zhì)量塊(5)、彈性梁(2a、2b、2c、2d)、固定梳齒(6a、6b)、敏感梳狀電極(7a、7b、8a、8b)、折疊梁(9a、9b)、錨點(la、lb、lc、Id)，陀螺儀由上下兩層組成，其特征在于外框架(3)經(jīng)彈性梁(2a、2b、2c、2d)固定于錨點(la、lb、lc、Id)之上，錨點(la、lb、lc、Id)安裝在下層的玻璃襯底上，上層機械結(jié)構(gòu)部分懸空在下層的玻璃襯底部分之上，外框架(3)的兩側(cè)設(shè)有兩組直形梳狀靜電諧振器，二級感應(yīng)振動質(zhì)量塊(5)經(jīng)折疊梁(9a、9b)與一級感應(yīng)振動框架(4)相連，一級感應(yīng)振動框架(4)經(jīng)彈性梁(10a、10b、10c、IOd)安裝在外框架(3)上，一級感應(yīng)振動框架(4)和二級感應(yīng)振動質(zhì)量塊(5)的兩側(cè)各設(shè)有兩組直線形敏感梳狀電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三自由度諧振硅微機械陀螺儀，其特征在于外框架(3)的兩側(cè)設(shè)有兩組直形梳狀靜電諧振器，每個靜電諧振器為固定梳齒(6a、6b)與外框架(3)上的活動梳齒對插結(jié)構(gòu)，一級感應(yīng)振動框架(4)兩側(cè)設(shè)有兩組直線型敏感梳狀電極(7a、7b)，每個直線型敏感梳狀電極由固定梳齒電極與活動梳齒電極交錯對插組成，二級感應(yīng)振動質(zhì)量塊(5)兩側(cè)也設(shè)有兩組直線型敏感梳狀電極(8a、8b)，每個直線型敏感梳狀電極由固定梳齒電極與活動梳齒電極交錯對插組成。
全文摘要
一種三自由度諧振硅微機械陀螺儀，包括玻璃襯底、外框架、一級感應(yīng)振動框架、二級感應(yīng)振動質(zhì)量塊、彈性梁、固定梳齒、敏感梳狀電極、折疊梁、錨點，陀螺儀由上下兩層組成，其特征在于外框架經(jīng)彈性梁固定于錨點之上，錨點安裝在下層的玻璃襯底上，外框架的兩側(cè)設(shè)有兩組直形梳狀靜電諧振器，二級感應(yīng)振動質(zhì)量塊經(jīng)折疊梁與一級感應(yīng)振動框架相連，一級感應(yīng)振動框架經(jīng)彈性梁安裝在外框架上，一級感應(yīng)振動框架和二級感應(yīng)振動質(zhì)量塊的兩側(cè)各設(shè)有兩組直線形敏感梳狀電極。本發(fā)明的優(yōu)點是利用單自由度驅(qū)動模態(tài)、兩個自由度的檢測模態(tài)來提高抗干擾能力的微機械陀螺儀，該微機械陀螺儀容差能力強、結(jié)構(gòu)簡單、易于加工。
文檔編號G01C19/5684GK102798386SQ20111013671
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者劉勝, 羅璋, 陳君杰 申請人:上海飛恩微電子有限公司