[發明專利]雙質量振動式硅微陀螺儀

有效

• 申請號: 200710133223.5
• 申請日: 2007-10-12
• 公開（公告）號: CN101135559A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 裘安萍;施芹;蘇巖;朱欣華
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01C19/56
• 分類號: G01C19/56;B81B7/02;G01P9/04;G01P15/097;G01C21/18
• 代理公司: 南京理工大學專利中心
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于微電子機械系統和微慣性測量技術，特別是一種雙質量振動式硅微陀螺儀。

背景技術

微機械慣性儀表包括微機械陀螺儀(MMG)和微機械加速度計(MMA)。利用微電子加工工藝允許將微機械結構與所需的電子線路完全集成在一個硅片上，從而達到性能、價格、體積、重量、可靠性諸方面的高度統一。因而，這類儀表具有一系列的優點(如體積小、重量輕、價格便宜、可靠性高、能大批量生產等)，在軍民兩方面都具有廣泛的應用前景。在民用方面，主要用于汽車工業、工業監控及消費類產品和機器人技術，如氣囊、防抱死系統、偏航速率傳感器、翻滾速率傳感器、圖象穩定及玩具等等；在軍用領域，主要用于靈巧炸彈、智能炮彈、戰術導彈、新概念武器和微型飛機的自主導航制導系統等。

1993年，美國德雷珀實驗室通過在玻璃表面復蓋硅層技術制作了一種新穎的微機械陀螺一音叉式線振動陀螺(M.Weinberg，J.Bernstein，et?al.A?micromachined?comb-drivetuning?fork?rate?gyroscope.Proc.Of?the?49^th?annual?meeting”Future?global?navigation?andguidance”，the?Institute?of?Navigation，June21-23，1993，pp.595-601)。該陀螺儀由雙質量塊、支承梁和橫梁組成，陀螺儀采用線振動驅動，角振動敏感檢測，可檢測陀螺儀平面的軸向的輸入角速率。該陀螺儀的雙質量塊設計可增加輸出信號，但其驅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高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能實現驅動模態與檢測模態的運動解耦、大幅度振動、檢測輸出解耦，達到誤差小、抗干擾能力強、靈敏度高的雙質量振動式硅微陀螺儀。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種雙質量振動式硅微陀螺儀，由上、下兩層構成，上層為制作在單晶硅片上的陀螺儀機械結構，下層為制作在玻璃襯底上的信號引線，陀螺儀上層機械結構由一對完全相同的子結構組成，該兩個子結構左右對稱設置，并分別與橫梁連接，該橫梁通過兩組扭桿與固定基座連接，該固定基座安裝在玻璃襯底上的固定基座鍵合點上，使上層的機械結構部分懸空在下層的玻璃襯底部分之上。

本發明雙質量振動式硅微陀螺儀的每個子結構由質量塊、諧振器、驅動支承梁、檢測支承梁和固定敏感梳齒組成，每個質量塊分別通過各自的檢測支承梁與橫板相連，該橫板上的各自諧振器通過驅動支承梁與橫梁相連。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：(1)兩個子結構左右對稱布置，增加了輸出信號，為單質量塊輸出信號的兩倍；(2)采用兩組支承梁將驅動部分與檢測部分分開，實現了驅動方向與檢測方向的運動解耦，從而減小誤差信號；(3)兩個子結構的驅動運動和檢測運動均為相向運動，形成梳齒差動電容檢測，實現了敏感輸出解耦，抑制了干擾信號；(4)扭桿兩兩對稱布置，增加了y、z軸的轉動剛度以及z軸的彎曲剛度，增加了抗沖擊能力，此外，還增加了調節振動模態和諧振頻率的靈活性；(5)檢測支承梁采用U型梁的結構，不僅有效地釋放熱應力，并抑制了正交耦合誤差信號，此外，還減小了運動的非線性，從而可增大振動幅度，提高檢測靈敏度；(6)兩個子結構的諧振器梳齒反對稱布置，在兩個子結構的驅動梳齒上施加相同的驅動電壓，便可使得兩個子結構相向運動，從而簡化了電路。該發明中的設計在國內還沒有相關、相似的設計。

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。

附圖說明

圖1是本發明雙質量振動式硅微陀螺儀的結構示意圖。

圖2是本發明雙質量振動式硅微陀螺儀的諧振器結構示意圖。

圖3是本發明雙質量振動式硅微陀螺儀的檢測結構示意圖。

圖4是本發明雙質量振動式硅微陀螺儀下層的玻璃襯底上的信號引線示意圖。

具體實施方式