[發明專利]基于硅平面加工工藝的靜電驅動式體聲波固體波動微陀螺

有效

• 申請號: 201310686903.5
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN103697876A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 張衛平;劉亞東;汪濙海;成宇翔;唐健;許仲興;張弓;孫殿竣;陳文元
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01C19/5656
• 分類號: G01C19/5656;G01C19/5663
• 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

1.一種基于硅平面加工工藝的靜電驅動式體聲波固體波動微陀螺，其特征在于，包括：

一個長方體基體；

一個帶有四根梁的方形諧振子；

四個沿方形諧振子頂端四個角一側對應的長方體基體內表面側壁上分布配置的驅動電極；

四個沿方形諧振子頂端四個角一側對應的長方體基體內表面側壁上分布配置的檢測電極；

其中，驅動電極與方形諧振子均非接觸，檢測電極與方形諧振子均非接觸，且四個驅動電極的空間位置與四個檢測電極的空間位置互相垂直；

所述微陀螺利用方形諧振子的驅動模態與檢測模態的模態匹配作為參考振動，在該模態下方形諧振子頂端四個角沿四邊方向振動；通過在四個驅動電極中一對驅動電極上施加正弦交流電壓，由電容感應效應產生方形諧振子在驅動模態的振動；當有垂直于方形諧振子底部的角速度輸入時，在科氏力的作用下，方形諧振子的諧振方式會從驅動模態向檢測模態變化，檢測模態沿方形四邊方向的諧振振幅與輸入角速度的大小成正比；通過檢測方形諧振子與長方形基體內表面側壁上的四個檢測電極間的感應電容的變化，就可檢測垂直于方形諧振子底面平面角速度的大小。

2.根據權利要求1所述的一種基于硅平面加工工藝的靜電驅動式體聲波固體波動微陀螺，其特征在于，所述微陀螺進一步包括連接金屬引腳和驅動電極、檢測電極的金屬連接線，所述金屬引腳通過金屬連接線將外部的電信號引入驅動電極或者將檢測電極4處產生的電信號通過金屬連接線導出。

3.根據權利要求2所述的一種基于硅平面加工工藝的靜電驅動式體聲波固體波動微陀螺，其特征在于，所述方形諧振子上設有導電層，該導電層為離子摻雜的單晶硅，具有導電作用；該導電層上沉積有一層金屬，這層金屬和金屬引腳、金屬連接線是由在長方體基體上沉積的同一層金屬經過掩膜、刻蝕之后形成。

4.根據權利要求1-3任一項所述的一種基于硅平面加工工藝的靜電驅動式體聲波固體波動微陀螺，其特征在于，所述方形諧振子于四個側壁，即與頂面和底面相異的平面垂直中心線上通過四根梁施加固定。

5.根據權利要求4所述的一種基于硅平面加工工藝的靜電驅動式體聲波固體波動微陀螺，其特征在于，所述方形諧振子材料為單晶硅，使用電容感應效應進行驅動和檢測。

6.根據權利要求1-3任一項所述的一種基于硅平面加工工藝的靜電驅動式體聲波固體波動微陀螺，其特征在于，四個所述驅動電極材料為摻雜的單晶硅，沿長方體基體的內側壁表面互相平行地呈2*2陣列式分布，用于激勵方形諧振子產生驅動模態振型。

7.根據權利要求1-3任一項所述的一種基于硅平面加工工藝的靜電驅動式體聲波固體波動微陀螺，其特征在于，四個所述檢測電極材料為摻雜的單晶硅，沿長方體基體的內側壁表面互相平行地呈2*2陣列式分布，且與四個驅動電極在空間上互相垂直，用于檢測垂直于長方體基體底面平面即z軸方向的角速度引起的方形諧振子與檢測電極上由于電容感應效應產生的電容變化。

8.根據權利要求1-3任一項所述的一種基于硅平面加工工藝的靜電驅動式體聲波固體波動微陀螺，其特征在于，四個所述驅動電極中的兩個相對的驅動電極被施加交流電壓時，由電容感應效應產生方形諧振子在驅動模態的振動；當存在輸入角速度時，方形諧振子的振型向檢測模態轉變，利用檢測電極處電容感應效應產生的敏感電信號進行信號檢測；上述驅動模態和檢測模態互相匹配。