[發明專利]一種微型單循環氣流式平面雙軸PET角速度傳感器

有效

• 申請號: 201510415599.X
• 申請日: 2015-07-16
• 公開（公告）號: CN105066978B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 樸林華;樸然;田文杰
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01C19/56
• 分類號: G01C19/56
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及利用哥氏力原理檢測運動體角速度姿態參數的技術領域，尤其是涉及一種微型單循環氣流式平面雙軸PET角速度傳感器。用于無人機、可穿戴式設備、頭盔、智能機器人、攝像機等微型載體的穩定系統。

背景技術

現有技術中以微機械振動角速度傳感器為代表的微型角速度傳感器的角速度芯片內一般設置有固體框架或梁，抗沖擊振動能力差，而氣流式角速度傳感器以氣體作為敏感質量，結構簡單，通過哥氏力使氣流敏感體偏轉來實現角參數的測量，因此這種微型角速度傳感器抗高過載、耐強沖擊、成本低。中國專利89105999.7提出的高靈敏度壓電射流角速度傳感器，它由敏感器件的殼體、噴嘴體、敏感元件、壓電泵、泵座、碟簧、鎖緊螺母和外部電路系統以及機械系統組成，這種一維角速度傳感器的敏感元件是用銅、鋁或不銹鋼等材料利用傳統機械加工制作，敏感元件體積大，功率高，不能用于微型載體姿態測量和控制領域；它的熱線是手工焊接，很難保證熱線的平行度和垂直度，因此交叉耦合大，一致性差，很難批量生產，成本高；它只能敏感一個方向上的角速度，如構成雙自由度角速度測量需要組合安裝，而由安裝距離引起的誤差較大。在現有技術中利用MEMS工藝在硅片中腐蝕出氣流網絡，但是工藝復雜，成本高，不易達到設計要求；氣流網絡的尺度通常小于硅片厚度的一半，由于硅片的厚度薄，只有300μm左右，因此氣流網絡的尺度很小，氣體容量少，在相同角速度輸入時它受到的慣性小，氣流束偏轉小，角速度傳感器的靈敏度很??；壓電泵振子的有效變形面積與氣流網絡的截面積一致，尺寸小，驅動氣體流動的能力弱，氣流速度小，角速度傳感器靈敏度低。另外，在現有技術中在硅片上制作的氣流網絡一般是開放式的，開口和進口與外界相同，易受外界環境影響，角速度傳感器穩定性差，雖然成本低，但適用條件苛刻，實用性不強。

因此，如何克服上述問題成為本領域技術人員亟需解決的技術難題。

發明內容

針對背景技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種微型單循環氣流式平面雙軸PET角速度傳感器(平面雙軸角速度傳感器是指兩個正交的角速度敏感軸x、y平行于角速度芯片表面的角速度傳感器)，該氣流式角速度傳感器以氣體作為敏感質量，抗高過載、耐強沖擊；制作成本低，僅為全硅結構的1/10；采用密閉空間內的單循環氣流作為角速度氣流敏感體，角速度傳感器的穩定性好，角速度傳感器靈敏度較大；能同時測量敏感軸平行于角速度芯片表面的兩個正交(x、y)方向的角速度，兩個方向的靈敏度幾乎一致，雙軸一體，便于信號的采集和控制，實用性強；敏感兩個方向角速度的循環氣流敏感體由一個壓電陶瓷振子驅動，結構簡單，使用壽命長。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種微型單循環氣流式平面雙軸PET角速度傳感器，所述氣流式角速度傳感器由單循環氣流式平面雙軸角速度芯片、PCB電路板、底座、外殼、緩沖硅膠片、引線組成，所述的緩沖硅膠片、單循環氣流式平面雙軸角速度芯片和與其實現電氣連接的PCB電路板依次裝在底座上，扣上外殼密封，電源和信號經底座上玻璃灌裝的引線引出，所述單循環氣流式平面雙軸角速度芯片包括PET蓋板、硅板和PET底座；其中，

所述PET蓋板上設置有氣流回路；所述硅板上設置有雙自由度敏感熱線；所述PET底座上設置有壓電陶瓷振子和氣流回路；PET蓋板、硅板和PET底座依次連接構成所述單循環氣流式平面雙軸角速度芯片。

進一步，所述PET底座的一側開設有一圓孔，所述圓孔的邊緣設置有高度小于PET底座厚度的臺階，所述壓電陶瓷振子粘結在所述臺階上；PET底座的另一側設置有梯形泵槽和若干個凹槽，所述泵槽的上部與所述圓孔的邊緣重合相切，泵槽的底部兩端設置有兩個排氣槽，所述泵槽的底部下方設置有下儲氣槽，所述下儲氣槽與所述排氣槽連通；排氣槽相對于下儲氣槽的對側設置有兩個長方形的下導流槽，所述導流槽的長度方向為PET底座的長度方向；下導流槽與下儲氣槽的交匯處設置有兩個下進口槽；兩個下導流槽的末端設置有兩個長方形副敏感槽，所述副敏感槽的長度方向為PET底座的寬度方向；兩個副敏感槽相交后沿著PET底座的長度方向開設有中心噴口槽，與所述中心噴口槽連通設置有主敏感槽，所述主敏感槽的與下儲氣槽連通。

進一步，所述PET蓋板的正面與所述PET底座相對應的一側開有深度一致的凹槽組合，其形狀大小及位置完全與PET底座的下儲氣槽、下導流槽、副敏感槽、主敏感槽、下進口槽一致，分別為上儲氣槽，上導流槽、上副敏感槽和上主敏感槽、上進口槽。

進一步，所述臺階的厚度為所述PET底座厚度的1/2。