[發明專利]一種新型的可用于自校準技術的微型壓電振動臺結構

在審

• 申請號: 202011389877.6
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112525222A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 徐娜
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發明公開一種新型的可用于自校準技術的微型壓電振動臺結構，包括四個大寬度非中間折疊的折疊梁以及一個中心平臺；中心平臺的四個側邊分別與一個大寬度非中間折疊的折疊梁的一端連接；大寬度非中間折疊的折疊梁依次由連接梁、長梁、短梁構成；沿著逆時針方向，每一個大寬度非中間折疊的折疊梁將下一個大寬度非中間折疊的折疊梁部分包圍；大寬度非中間折疊的折疊梁連接梁的一端與中心平臺側邊連接，交接點為中心平臺側邊非中心點位置。由四個大寬度非中間折疊的折疊梁支撐中心平臺的微型壓電振動臺結構獲得較大彈性系數和自由度，也兼顧剛性，并且由于梁的寬度較大可以加大PZT的作用面積，減小PZT層上下電極制作的難度。

技術領域

本發明屬于微型結構和自校準技術領域，具體涉及一種可用于自校準技術的微型壓 電振動臺結構。

背景技術

隨著硅微機械加工技術(MEMS)的迅猛發展,各種基于MEMS技術的器件也應運而生, 目前MEMS傳感器已經得到廣泛應用,它有著體積小、質量輕、成本低、功耗低、可靠性高等特點，而且因為其加工工藝一定程度上與傳統的集成電路工藝兼容，易于實現數字化、智能化以及批量生產，因而從問世起就引起了廣泛關注,并且在汽車、醫藥、導航 和控制、生化分析、工業檢測等方面得到了較為迅速的應用。為了保證傳感器測量的準 確性，需要定期對傳感器進行校準。現有技術中，為了對傳感器進行校準，均需要通過 額外的標準校準器件進行離線式或者在線式的校準。這導致傳感器校準過程操作復雜、 需要專門時間進行停機校準。而集成多自由度微振動平臺是一種新興的自校準方法，用 于對基于多軸MEMS的慣性測量單元(IMU)的比例因子和偏移的長期漂移進行自校準。 微型壓電振動平臺的運動依賴于微結構的驅動模式。與傳統的高精度校準設備相比，微 結構的驅動模式僅提供短時間，小范圍的微振動，位移幅度為微米。基于壓電材料的微 振動平臺可提供微米級的位移。各種非線性直接影響微振動平臺的動力特性，特別是有 效加速度和角速度的動力范圍。并且單端固定梁作為研究長桿振動的基本結構，由于其 可預測且易于求解的運動模型而在工程應用中得到了廣泛的應用。但是，在梁的運動系 統中，一端自由，另一端固定，由于過大的結構剛度導致系統彈性系數不足，使得設備 的輸出能力受到極大限制。因此，在如此小的動態范圍內，實現大范圍的面外位移、面 外旋轉角度和加速度的微振動平臺的設計仍然面臨著巨大的挑戰。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術的不足，在微型壓電振動臺結構上做出改進，采用 一種大寬度非中間折疊的折疊梁結構來支撐振動臺的中心平臺，使得新的壓電振動臺結 構具有更大的彈性系數和自由度，可通過增加梁的寬度來增大PZT的作用面積，并且增大梁寬會大大降低電極鋪設的難度，降低了壓電振動臺對制作工藝的要求，顯著增大了 微型壓電振動平臺的面外位移和旋轉角度的動態范圍。該微型壓電振動臺可用于慣性設 備的自校準，該平臺充當外部集成的微結構，為IMU提供加速度和角速度的物理激勵， 該微壓電振動臺還可以通過微機械層壓技術與IMU結合實現片上IMU的電連通，以實現 針對長期漂移誤差的自校準。

本發明提供的微型壓電振動臺結構包括四個大寬度非中間折疊的折疊梁以及一個 中心平臺。

中心平臺的四個側邊分別與一個大寬度非中間折疊的折疊梁的一端連接；

大寬度非中間折疊的折疊梁依次由連接梁、長梁、短梁構成；連接梁與長梁垂直設置，長梁與短梁垂直設置；沿著逆時針方向，每一個大寬度非中間折疊的折疊梁將下一 個大寬度非中間折疊的折疊梁部分包圍；

大寬度非中間折疊的折疊梁連接梁的一端與中心平臺側邊連接，交接點為中心平臺 側邊非中心點位置。

大寬度非中間折疊的折疊梁長梁與中心平臺側邊構成縫隙。

大寬度非中間折疊的折疊梁短梁與下一個大寬度非中間折疊的折疊梁間構成氣隙；

大寬度非中間折疊的折疊梁包括襯底Si、底部電極、壓電材料PZT和頂部電極；底部電極接地，頂部電極接驅動電壓，利用壓電材料PZT的逆壓電效應使得折疊梁產生運 動。