[發明專利]一種隧道式MEMS陀螺儀

有效

• 申請號: 201410177247.0
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN103913159A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 陳李;田穎;溫中泉;陳剛
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01C19/56
• 分類號: G01C19/56
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

本發明屬于微機電系統技術領域，涉及一種隧道式MEMS陀螺儀。

背景技術

陀螺儀器最早是用于航海導航，但隨著科學技術的發展，它在航空和航天事業中也得到了廣泛的應用。陀螺儀器不僅可以作為指示儀表，更重要的是它可以作為自動控制系統中的一個敏感元件，即作為信號傳感器。根據需要，陀螺儀器能提供準確的方位、水平、位置、角速度和角加速度等信號，以便駕駛員或用自動導航儀來控制飛機、艦船或航天飛機等航行體按一定的航線飛行，而在導彈、衛星運載器或空間探測火箭等航行體的制導中，則直接利用這些信號完成航行體的姿態控制和軌道控制。作為穩定器，陀螺儀器能使列車在單軌上行駛，能減小船舶在風浪中的搖擺，能使安裝在飛機或衛星上的照相機相對地面穩定等等。因此，在越來越多的領域，陀螺儀發揮著越來越重要的作用。

微機電系統(MEMS)是對微米/納米材料進行設計、加工、制造、測量和控制的技術。它可將機械構件、光學系統、驅動部件、電控系統集成為一個整體單元的微型系統。它是通過微電子技術和微加工技術相結合的制造工藝，制造出各種性能優異、價格低廉、微型化的傳感器、執行器、驅動器和微系統。MEMS陀螺儀是應用微機電系統技術研發出來的典型微傳感器，隨著MEMS技術的日益發展，MEMS陀螺儀的性能指標越來越高，其尺寸小、價格便宜的優勢在工業、醫療以及其他消費電子產品的各個層面都發揮著巨大的作用。

隧道式MEMS陀螺儀采用硅微機械陀螺儀的力學模型，其結構是一個“彈簧一質量塊一阻尼”系統，根據振動力學相關理論可知，該模型具有驅動模態和敏感模態兩個振動模態，通過測量敏感模態的振動幅值，則可知轉動角速率的大小。然而，目前的電容式、磁電式、壓電式、壓阻式等MEMS陀螺儀敏感模態的振動幅值的測量精度不夠高，且以往兩個模態的頻率匹配程度不高，難以達到較高的檢測靈敏度。

因此，目前急需一種新的技術方案以克服上述缺陷。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種隧道式MEMS陀螺儀，該陀螺儀提出一種全新的結構，采用對稱多邊形質量塊，有利于實現驅動模態頻率和檢測模態頻率的匹配，實現較高靈敏度；同時，采用兩個橫向的錐尖檢測差分隧道電流，有利于降低漂移，進一步提高了檢測靈敏度。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種隧道式MEMS陀螺儀，包括一塊作為敏感質量的薄板，所述薄板為正16邊形，正16邊形的每一條邊對應1個電極，敏感質量和16個電極都鍵合在玻璃襯底上。

進一步，所述16個電極分為4組，分別為驅動電極、調節電極、反饋電極和用于產生隧穿電流的錐尖電極，以檢測敏感模態的振動幅度，獲得輸入角速度信息；其中：電極A1、電極A2、電極A3、電極A4作為驅動電極，呈對稱分布；電極B1、電極B2、電極B3、電極B4、電極B5、電極B6、電極B7和電極B8作為調節電極，呈對稱分布；電極A1位于電極B8和電極B1之間，電極A2位于電極B2和電極B3之間，電極A3位于電極B4和電極B5之間，電極A4位于電極B6和電極B7之間；電極C1和電極C2作為檢測模態的反饋電極，分別位于電極B3、電極B4和電極B5、電極B6中間。

進一步，16個電極中的電極T1、電極T2為錐尖電極，用于產生隧穿電流，兩個錐尖電極分別位于電極B1、電極B2以及電極B7、電極B8之間。

進一步，所述錐尖電極T1和錐尖電極T2設置在可動梳上。

進一步，所述可動梳包括靜齒3-1、動齒3-2、折疊梁3-3、錨點3-4；靜齒3-1鍵合在玻璃襯底上，動齒3-2的一端與錐尖電極相連，另一端與折疊梁3-3相連；折疊梁3-3通過錨點3-4鍵合在玻璃襯底上。

本發明的有益效果在于：提出了一種全新的結構，采用對稱多邊形質量塊，反饋電極和調節電極有利于實現驅動模態頻率和檢測模態頻率的匹配，實現較高靈敏度；同時，采用可動梳控制錐尖和質量塊間的間距，采用兩個橫向的錐尖檢測差分隧道電流，有利于降低漂移，進一步提高了檢測靈敏度。

附圖說明

為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明：

圖1為本發明的主體結構示意圖；

圖2為本發明正16邊型薄板及其電極的剖視圖；

圖3為本發明提供的楔形錐尖結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。