[發(fā)明專利]一種具有電調(diào)諧功能的微機(jī)械梳狀柵電容陀螺

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010151653.1
• 申請(qǐng)日: 2010-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN101813480A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡世昌;金仲和;張霞;朱輝杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C19/56
• 分類號(hào): G01C19/56
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 陳昱彤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微機(jī)械陀螺，屬于微機(jī)械慣性傳感器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

陀螺是用來測(cè)量角速度和角位移的傳感器，是慣性傳感單元的重要組成部 分。從最初利用高速旋轉(zhuǎn)剛體的定軸性對(duì)地球的自轉(zhuǎn)現(xiàn)象進(jìn)行演示至今，陀螺 已經(jīng)過了一百多年的發(fā)展歷程，轉(zhuǎn)子式陀螺，光學(xué)陀螺，微機(jī)械陀螺紛紛問世。 振動(dòng)式微機(jī)械陀螺的敏感機(jī)理是哥里奧利(Coriolis)力，Coriolis力與物體 的轉(zhuǎn)動(dòng)速度成正比，通過檢測(cè)Coriolis力就能得到物體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。

在微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu)中，有多種檢測(cè)Coriolis力的方法，其中電容檢測(cè)是目 前最受人們歡迎的一種，有變間距式的電容結(jié)構(gòu)和變面積式的電容結(jié)構(gòu)兩種。 通過微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，物體轉(zhuǎn)動(dòng)所引入的Coriolis力使得相應(yīng)的電容 發(fā)生變化，通過檢測(cè)電容的變化就能得到物體的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。

微機(jī)械陀螺工作在諧振頻率點(diǎn)上，靈敏度、帶寬等重要性能指標(biāo)均與驅(qū)動(dòng) 方向和檢測(cè)方向的頻率差相關(guān)，設(shè)計(jì)中需要合理選擇兩者頻率差來實(shí)現(xiàn)所需性 能。而MEMS加工中，由于加工精度和加工一致性有限，往往難以獲得設(shè)計(jì)所需 的頻率差，導(dǎo)致器件性能無法達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。為改善陀螺性能，通常需要對(duì)陀 螺的諧振頻率進(jìn)行調(diào)整，即電調(diào)諧，在采用變間距電容結(jié)構(gòu)的陀螺器件中已經(jīng) 得到應(yīng)用。而傳統(tǒng)的梳狀柵電容陀螺采用的是變面積式的電容結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的變 面積式的電容結(jié)構(gòu)未能對(duì)梳狀柵電容陀螺的驅(qū)動(dòng)或檢測(cè)方向的諧振頻率進(jìn)行調(diào) 整，使得梳狀柵電容陀螺的性能無法得到有效地提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有電調(diào)諧功能的微機(jī)械梳狀柵電 容陀螺。

本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思是：微機(jī)械陀螺器件有兩個(gè)方向，即驅(qū)動(dòng)方向和檢測(cè)方 向，相對(duì)應(yīng)的有驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊與檢測(cè)質(zhì)量塊，可為同一個(gè)質(zhì)量塊，也可為不同的 質(zhì)量塊。整個(gè)陀螺系統(tǒng)可等效為驅(qū)動(dòng)檢測(cè)方向兩個(gè)彈簧質(zhì)量塊系統(tǒng)，其工作原 理為：驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊在驅(qū)動(dòng)方向作諧振運(yùn)動(dòng)，當(dāng)有角速度輸入時(shí)，引起檢測(cè)質(zhì)量 塊在檢測(cè)方向上的同頻率振動(dòng)，通過檢測(cè)檢測(cè)質(zhì)量塊振動(dòng)幅度的大小，就可以 得到輸入角速度的大小。驅(qū)動(dòng)方向與檢測(cè)方向的諧振頻率越接近，陀螺的靈敏 度越高。傳統(tǒng)的微機(jī)械梳狀柵電容陀螺采用的是變面積式的電容結(jié)構(gòu)，由于現(xiàn) 有的變面積式的電容結(jié)構(gòu)未能對(duì)陀螺的諧振頻率進(jìn)行調(diào)整，使得傳統(tǒng)的微機(jī)械 梳狀柵電容陀螺無法對(duì)驅(qū)動(dòng)或檢測(cè)方向的諧振頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，使陀螺性能無法 得到有效地提高。本發(fā)明基于傳統(tǒng)的微機(jī)械梳狀柵電容陀螺，在驅(qū)動(dòng)或檢測(cè)方 向上分布有具有電調(diào)諧功能的變面積電容，用來對(duì)陀螺的驅(qū)動(dòng)或檢測(cè)方向上的 諧振頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。該電調(diào)諧變面積電容的單元可動(dòng)電極的正表面與單元固定 電極的正表面平行，將單元固定電極的正表面形狀由傳統(tǒng)的矩形改為三角形或 鋸齒形而單元可動(dòng)電極的正表面形狀仍為矩形，或?qū)卧蓜?dòng)電極的正表面形 狀由傳統(tǒng)的矩形改為三角形或鋸齒形而單元固定電極的正表面形狀仍為矩形， 并且使單元可動(dòng)電極的正表面與單元固定電極的正表面形成具有一定特征的交 疊。在單元固定電極與單元可動(dòng)電極間施加一電壓，即可引入一等效彈性系數(shù) 改變驅(qū)動(dòng)或檢測(cè)方向上總的彈性系數(shù)，并通過調(diào)節(jié)單元固定電極與單元可動(dòng)電 極電壓差的大小從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微機(jī)械梳狀柵電容陀螺的驅(qū)動(dòng)或檢測(cè)方向上的諧振 頻率的調(diào)節(jié)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：該具有電調(diào)諧功能的微機(jī)械 梳狀柵電容陀螺的驅(qū)動(dòng)或檢測(cè)方向分布有電調(diào)諧變面積電容，在所述電調(diào)諧變 面積電容的每個(gè)單元電容中，可動(dòng)電極的正表面與固定電極的正表面相互平行， 其特征是：所述可動(dòng)電極的正表面為矩形且固定電極的正表面為三角形或鋸齒 形，或者所述可動(dòng)電極的正表面為三角形或鋸齒形且固定電極的正表面為矩形； 所述三角形正表面僅與所述矩形正表面的一條長(zhǎng)邊交疊，所述鋸齒形正表面的 鋸齒僅與所述矩形正表面的一條長(zhǎng)邊交疊。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述鋸齒形正表面的鋸齒為三角形。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述鋸齒形正表面的鋸齒為梯形且所述梯形鋸齒與所述 矩形正表面的交疊部分呈三角形。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述鋸齒形正表面的鋸齒為梯形且所述梯形鋸齒與所述 矩形正表面的交疊部分呈梯形，所述梯形交疊部分的底邊與所述矩形正表面的 長(zhǎng)邊平行。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：