[發明專利]壓電驅動靜電檢測體聲波諧振三軸微陀螺及其制備方法

有效

• 申請號: 201310245579.3
• 申請日: 2013-06-20
• 公開（公告）號: CN103322995A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 張衛平;成宇翔;唐健;張弓;許仲興;陳文元;汪濙海
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01C19/5691
• 分類號: G01C19/5691;B81B7/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

1.一種壓電驅動靜電檢測體聲波諧振三軸微陀螺，其特征在于包括：不帶釋放孔的壓電圓盤振子，圓柱形的支撐柱，基板，驅動電極，檢測電極，平衡電極和公共電極；所述圓盤振子通過所述圓柱形的支撐柱固定在基板上，且所述圓盤振子垂直于所述基板的z軸；所述驅動電極分布于所述圓盤振子上；所述檢測電極、平衡電極和公共電極呈圓周分布于所述基板上并位于所述圓盤振子下方，同時與所述圓盤振子平行且有一間隙；所述公共電極分布于平衡電極與檢測電極之間，所述檢測電極、所述平衡電極和所述公共電極按照兩個平衡電極、一個公共電極、兩個檢測電極、一個公共電極、兩個平衡電極的排列順序交叉循環分布。

2.根據權利要求1所述的壓電驅動靜電檢測體聲波諧振三軸微陀螺，其特征是：所述圓盤振子上表面分布所述驅動電極，所述圓盤振子下表面為導電體，并通過所述支撐柱固定在所述基板上。

3.根據權利要求1所述的壓電驅動靜電檢測體聲波諧振三軸微陀螺，其特征是：所述驅動電極分布于壓電圓盤振子上，呈圓周分布。

4.根據權利要求1所述的壓電驅動靜電檢測體聲波諧振三軸微陀螺，其特征是：所述檢測電極、所述平衡電極和所述公共電極與所述圓盤振子之間的間隙為2-3微米。

5.根據權利要求1所述的壓電驅動靜電檢測體聲波諧振三軸微陀螺，其特征是：每兩個相鄰的所述平衡電極為一組，分別施加大小相等符號相反的一組直流驅動電壓信號，每一組所述平衡電極形成一個電容，用于平衡所述圓盤振子下表面保持零電勢。

6.根據權利要求1所述的壓電驅動靜電檢測體聲波諧振三軸微陀螺，其特征是：每兩個相鄰的所述檢測電極為一組，分別施加大小相等符號相反的一組直流驅動電壓信號以及大小相等相位相反的一組交流激勵信號，每一組所述驅動電極形成一個電容，用于檢測壓電力驅動所述圓盤振子產生檢測模態。

7.根據權利要求1-6任一項所述的壓電驅動靜電檢測體聲波諧振三軸微陀螺，其特征是：所述陀螺利用圓盤振子的鞍形諧振模態作為參考振動，在該模態下所述圓盤振子沿垂直于其圓盤表面的Z軸方向振動，同時也會沿著圓盤徑向X軸和Y軸方向振動，當X軸方向的所述圓盤振子沿垂直于其圓盤表面的Z軸正方向運動時，Y軸方向的所述圓盤振子沿垂直于其圓盤表面的Z軸負方向運動；通過在所述圓盤振子表面驅動電極上施加驅動電壓，對所述圓盤振子施加壓電信號激勵所述圓盤振子產生驅動模態；當有平行于所述圓盤振子表面的X軸或者Y軸的角速度輸入時，在科氏力作用下，所述圓盤振子受到一個旋轉力矩的作用，所述圓盤振子會沿垂直于Z軸方向繞所述圓柱形的支撐柱旋轉，其中，旋轉的角度大小同輸入角度的大小成正比；當有垂直于所述圓盤振子表面的Z軸的角速度輸入時，在科氏力作用下，所述圓盤振子受到一個旋轉力矩作用，所述圓盤振子會沿垂直于Z軸方向繞所述圓柱形的支撐柱旋轉，此時在所述檢測電極附近的電容大小會發生變化，通過在所述檢測電極上施加載波信號，并從所述公共電極處將載波信號提取出來，載波信號通過解調得到所述檢測電極附近電容的大小變化，即檢測出垂直于所述圓盤振子的旋轉角度，進而求得三軸的角速度輸入大小。

8.一種如權利要求1-7任一項所述的壓電驅動靜電檢測體聲波諧振三軸微陀螺的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

(a)將基板清洗干凈，烘干，在正面通過光刻工藝，濺射形成金屬電極；

(b)在基板上沉積多晶硅層，厚度為2-3微米；

(c)通過光刻掩模，刻蝕多晶硅層，保留支撐柱和阻擋層；

(d)將另一個壓電基板清洗干凈，烘干，在正面通過光刻掩模工藝，濺射形成金屬電極；

(e)在壓電基板背面濺射沉積金屬層；

(f)激光切割，利用鍵合的方法將兩塊基板鍵合起來，形成一體化的結構。