[發(fā)明專利]電磁驅(qū)動(dòng)靜電檢測(cè)體聲波諧振三軸微陀螺及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310245590.X
• 申請(qǐng)日: 2013-06-20
• 公開（公告）號(hào): CN103322996A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張衛(wèi)平;成宇翔;許仲興;唐健;張弓;陳文元;汪濙海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C19/5719
• 分類號(hào): G01C19/5719;G01C19/5769
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國(guó)中

1.一種電磁驅(qū)動(dòng)靜電檢測(cè)體聲波諧振三軸微陀螺，其特征在于包括：不帶釋放孔的圓盤振子，圓柱形的支撐柱，基板，電磁驅(qū)動(dòng)線圈，檢測(cè)電極和公共電極，其中：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；所述電磁驅(qū)動(dòng)線圈、所述檢測(cè)電極和所述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(shí)與所述圓盤振子平行且有一間隙；所述公共電極分布于所述電磁驅(qū)動(dòng)線圈與所述檢測(cè)電極之間，并按照電磁驅(qū)動(dòng)線圈、公共電極、檢測(cè)電極、檢測(cè)電極、公共電極、電磁驅(qū)動(dòng)線圈的排列順序，交叉循環(huán)分布。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁驅(qū)動(dòng)靜電檢測(cè)體聲波諧振三軸微陀螺，其特征是：所述圓盤振子整體為導(dǎo)體材料制成，或者所述圓盤振子采用非導(dǎo)體材料，在其上下表面或某一個(gè)表面為導(dǎo)體或可導(dǎo)電。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁驅(qū)動(dòng)靜電檢測(cè)體聲波諧振三軸微陀螺，其特征是：所述電磁驅(qū)動(dòng)線圈、所述檢測(cè)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。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電磁驅(qū)動(dòng)靜電檢測(cè)體聲波諧振三軸微陀螺，其特征是：所述的電磁驅(qū)動(dòng)線圈用于施加高頻交流激勵(lì)信號(hào)，對(duì)所述圓盤振子產(chǎn)生電磁吸力，激勵(lì)所述圓盤振子產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)模態(tài)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁驅(qū)動(dòng)靜電檢測(cè)體聲波諧振三軸微陀螺，其特征是：每?jī)蓚€(gè)相鄰的所述檢測(cè)電極為一組，分別施加大小相等符號(hào)相反的一組直流驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)以及大小相等相位相反的一組交流載波信號(hào)，每一組檢測(cè)電極形成一個(gè)電容，用于檢測(cè)電磁力驅(qū)動(dòng)振子所產(chǎn)生的檢測(cè)模態(tài)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁驅(qū)動(dòng)靜電檢測(cè)體聲波諧振三軸微陀螺，其特征是：所述的公共電極分布于電磁驅(qū)動(dòng)線圈與檢測(cè)電極之間，用于隔離電磁信號(hào)和提取檢測(cè)信號(hào)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的電磁驅(qū)動(dòng)靜電檢測(cè)體聲波諧振三軸微陀螺，其特征是：所述陀螺利用所述圓盤振子的鞍形諧振模態(tài)作為參考振動(dòng)，在該模態(tài)下所述圓盤振子沿垂直于其圓盤表面的Z軸方向振動(dòng)，同時(shí)也會(huì)沿著圓盤徑向X軸和Y軸方向振動(dòng)，當(dāng)X軸方向的所述圓盤振子沿垂直于圓盤表面的Z軸正方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，Y軸方向的所述圓盤振子沿垂直于圓盤表面的Z軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)；通過在與所述圓盤振子表面平行且具有一間隙的所述電磁驅(qū)動(dòng)線圈上施加高頻交流電流，對(duì)所述圓盤振子施加電磁力激勵(lì)振子產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)模態(tài)；當(dāng)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(shí)，在科氏力作用下，所述圓盤振子受到一個(gè)旋轉(zhuǎn)力矩的作用，所述圓盤振子會(huì)沿垂直于Z軸方向繞所述圓柱形的支撐柱旋轉(zhuǎn)，其中，旋轉(zhuǎn)的角度大小同輸入角度的大小成正比；當(dāng)有垂直于所述圓盤振子表面的Z軸的角速度輸入時(shí)，在科氏力作用下，所述圓盤振子受到一個(gè)旋轉(zhuǎn)力矩作用，所述圓盤振子會(huì)沿垂直于Z軸方向繞所述圓柱形的支撐柱旋轉(zhuǎn)，此時(shí)在所述檢測(cè)電極附近的電容大小會(huì)發(fā)生變化，通過在所述檢測(cè)電極上施加載波信號(hào)，并從所述公共電極處將載波信號(hào)提取出來(lái)，載波信號(hào)通過解調(diào)得到所述檢測(cè)電極附近電容的大小變化，即檢測(cè)出垂直于所述圓盤振子的旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)而求得三軸的角速度輸入大小。

8.一種如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的電磁驅(qū)動(dòng)靜電檢測(cè)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(gè)基板清洗干凈，烘干，在正面通過光刻掩模工藝，刻蝕形成圓盤振子；

(e)利用鍵合的方法將兩塊基板鍵合起來(lái)，形成一體化的結(jié)構(gòu)；

(f)利用濕法刻蝕的手段將上部多余結(jié)構(gòu)去除，釋放諧振結(jié)構(gòu)。