[發(fā)明專利]雙軸石英角速度傳感器芯片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410332852.0
• 申請(qǐng)日: 2014-07-14
• 公開（公告）號(hào): CN104132657B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林丙濤;朱振忠;李文蘊(yùn);蔣昭興;滿欣;趙建華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第二十六研究所
• 主分類號(hào): G01C19/5621
• 分類號(hào): G01C19/5621
• 代理公司: 重慶博凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司50212
• 代理人: 李海華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及角速度檢測(cè)技術(shù)，具體涉及一種雙軸石英角速度傳感器芯片，屬于慣性傳感技術(shù)領(lǐng)域。

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背景技術(shù)

角速度傳感器又名陀螺儀，為慣性傳感器的一種，廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)和消費(fèi)電子等多個(gè)領(lǐng)域。依據(jù)工作原理的不同，陀螺可分為機(jī)械陀螺、激光陀螺、光纖陀螺、靜電陀螺、半球諧振陀螺、微機(jī)械陀螺等，其中微機(jī)械陀螺為低精度陀螺，但由于采用MEMS（微電子機(jī)械系統(tǒng)）工藝制作，具有體積小、成本低、可靠性高和適合大批量生產(chǎn)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，特別適合于對(duì)精度要求不高但對(duì)價(jià)格、體積和功耗要求嚴(yán)格的領(lǐng)域。

微機(jī)械陀螺按照基底材料的不同可分為硅微陀螺和石英微陀螺兩類，兩種基材的陀螺在國內(nèi)外均并行發(fā)展，在軍民領(lǐng)域的應(yīng)用各有特色。與硅微陀螺相比，石英微陀螺的機(jī)械結(jié)構(gòu)和信號(hào)處理均比較簡單，該特點(diǎn)有利于提高微陀螺的性能。

石英晶體在Z軸方向沒有壓電效應(yīng)，使得單片式雙軸或三軸角速度傳感器芯片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為困難，國內(nèi)外相關(guān)公司或研究單位推出的石英角速度傳感器產(chǎn)品均為單軸產(chǎn)品，雙軸和三軸產(chǎn)品均非單片結(jié)構(gòu)，而是通過兩個(gè)或三個(gè)單軸產(chǎn)品組裝而成，不利于體積的微型化和成本的低廉化。

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發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種利于微型化、結(jié)構(gòu)簡單且適合批量制作的雙軸石英角速度傳感器芯片。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

雙軸石英角速度傳感器芯片，包括兩平行的驅(qū)動(dòng)梁、兩平行的Y軸檢測(cè)梁、一根Z軸檢測(cè)梁和連接梁，所述驅(qū)動(dòng)梁、Y軸檢測(cè)梁和Z軸檢測(cè)梁位于同一平面且其長度方向均沿Y向設(shè)置，連接梁兩端與兩驅(qū)動(dòng)梁和兩Y軸檢測(cè)梁連接形成H形結(jié)構(gòu)，兩驅(qū)動(dòng)梁位于連接梁同一側(cè)，兩Y軸檢測(cè)梁位于連接梁另一側(cè)，Z軸檢測(cè)梁一端與連接梁中部固接并與Y軸檢測(cè)梁位于同一側(cè)，Z軸檢測(cè)梁另一端與固定塊固接；

兩驅(qū)動(dòng)梁的上下表面和左右側(cè)壁均覆蓋有激勵(lì)電極，同一驅(qū)動(dòng)梁的上下表面的激勵(lì)電極連接在一起用于與激勵(lì)電源的正極/負(fù)極連接，該同一驅(qū)動(dòng)梁的左右側(cè)壁的激勵(lì)電極連接在一起用于與激勵(lì)電源的負(fù)極/正極連接；兩驅(qū)動(dòng)梁上下表面激勵(lì)電極和左右側(cè)壁激勵(lì)電極與激勵(lì)電源的連接極性相反以使兩個(gè)驅(qū)動(dòng)梁沿X方向做彎曲反向振動(dòng)；

兩Y軸檢測(cè)梁的左右側(cè)壁均覆蓋有敏感電極，左右側(cè)壁的敏感電極均由上下平行分開的兩部分構(gòu)成，用于收集Y軸檢測(cè)模態(tài)下的Z向平面外振動(dòng)所引起的壓電電荷；

所述Z軸檢測(cè)梁的上下表面和左右側(cè)壁均覆蓋有敏感電極，用于收集Z軸檢測(cè)模態(tài)下的X向平面內(nèi)振動(dòng)所引起的壓電電荷。

所述驅(qū)動(dòng)梁、Y軸檢測(cè)梁、Z軸檢測(cè)梁、連接梁和固定塊在同一塊具有壓電效應(yīng)的石英晶體基材上一體制作而成。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、雙軸石英角速度傳感器為單片一體集成結(jié)構(gòu)，相對(duì)于兩個(gè)單軸石英角速度傳感器組裝而成的雙軸產(chǎn)品，更便于微型化和批量制作。

2、驅(qū)動(dòng)梁和檢測(cè)梁分開設(shè)置，機(jī)械耦合小且靈敏度高。

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附圖說明

圖1-本發(fā)明雙軸石英角速度傳感器芯片結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2-圖1的A1-A1剖視圖；

圖3-圖1的B1-B1剖視圖；

圖4-圖1的C1-C1剖視圖。

圖5-本發(fā)明雙軸石英角速度傳感器芯片的驅(qū)動(dòng)模態(tài)示意圖；

圖6-本發(fā)明雙軸石英角速度傳感器芯片的Y軸檢測(cè)模態(tài)示意圖；

圖7-本發(fā)明雙軸石英角速度傳感器芯片的Z軸檢測(cè)模態(tài)示意圖。

其中：1-雙軸石英角速度傳感器；2-驅(qū)動(dòng)梁；3-Y軸檢測(cè)梁；4-Z軸檢測(cè)梁；5-連接梁；6-固定塊；7a～7d-驅(qū)動(dòng)梁激勵(lì)電極；8a～8d-Y軸檢測(cè)梁敏感電極；9a～9d-Z軸檢測(cè)梁敏感電極。

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具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明雙軸石英角速度傳感器芯片1，包括兩平行的驅(qū)動(dòng)梁2、兩平行的Y軸檢測(cè)梁3、一根Z軸檢測(cè)梁4和連接梁5，所述驅(qū)動(dòng)梁2、Y軸檢測(cè)梁3和Z軸檢測(cè)梁4位于同一平面且其長度方向均沿Y向設(shè)置，連接梁5兩端與兩驅(qū)動(dòng)梁2和兩Y軸檢測(cè)梁3連接形成H形結(jié)構(gòu)，兩驅(qū)動(dòng)梁2位于連接梁5同一側(cè)，兩Y軸檢測(cè)梁3位于連接梁5另一側(cè)。Z軸檢測(cè)梁4一端與連接梁5中部固接并與Y軸檢測(cè)梁位于同一側(cè)，Z軸檢測(cè)梁4另一端與固定塊6固接。為突出結(jié)構(gòu)形狀，圖1中未示出表面電極圖形。