专利名称：单自由度硅微陀螺仪的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型涉及一种单自由度硅微陀螺仪。
二背景技术：
微机械惯性仪表包括微机械陀螺仪(MMG)和微机械加速度计(MMA)。利用微电子加工工艺允许将微机械结构与所需的电子线路完全集成在一个硅片上，从而达到性能、价格、体积、重量、可靠性诸方面的高度统一。因而，这类仪表具有一系列的优点(如体积小、重量轻、价格便宜、可靠性高、能大批量生产等)，在军民两方面都具有广泛的应用前景。在民用方面，主要用于汽车工业、工业监控及消费类产品和机器人技术，如气囊、防抱死系统、偏航速率传感器、翻滚速率传感器、图象稳定及玩具等等；在军用领域，主要用于灵巧炸弹、智能炮弹、战术导弹、新概念武器和微型飞机的自主导航制导系统等。据美国有关人士统计微机械惯性仪表的民用市场份额，1996年约3亿美元，1998年为10亿美元，2000年为26亿美元，占当年整个MEMS市场的19％。近十年来，美国、日本以及欧洲等主要发达国家均斥巨资予以开发研究。目前，美国研究水平处于领先地位，1996年，美国德雷珀(The Charies Stark Draper Laboratory Inc.简称CSDL)实验室研制出硅微型振动轮式陀螺仪。该型陀螺仪的驱动器和检测板块通过支撑梁和检测扭杆与固定支撑相连，采用弧状梳齿结构形式的谐振器，在施加一定的电压后，产生陀螺仪自振动所需要的静电力矩。在静电力矩的作用下，陀螺仪实现自转角振动。当有外界角速度输入时，产生哥氏惯性力矩，使敏感检测质量块发生偏转。通过检测电容变化来反映敏感输出振动幅度的大小。其主要缺点有二，第一是陀螺仪自振动运动和敏感输出运动之间存在严重的运动耦合；第二是检测板块有效面积较小，导致信号检测电容的电容量较小，不利于提高输出信号信噪比。1998年，德国微机械及信息技术研究所(Institute ofMicromachining and Information Technology)研制出另一种形式的振动轮式陀螺仪。该陀螺仪仍然采用弧状梳齿结构形式的谐振器以产生自振动所必须的静电力矩。其具有两个突出的优点，第一是具有良好的机械振动模态解耦性，基本实现了陀螺仪自振动和敏感输出振动的解耦；第二是将电容式敏感检测器安排在陀螺仪外缘，加大了检测电容的有效面积，提高了检测电容的电容量，使检测灵敏度得到了较好的改善。但是其主要缺点是陀螺仪活动结构的非对称性，将导致驱动模态谐振频率随输入角速率变化而波动。
三、技术内容技术问题本实用新型提供一种能实现陀螺驱动模态与检测模态运动解耦且误差小、稳定性好的单自由度硅微陀螺仪。
技术方案本实用新型是一种单自由度硅微陀螺仪，由驱动谐振器、外框、信号引线板、信号检测电容和力矩检测电容组成，外框通过扭杆与驱动谐振器相连，支撑柱与信号引线板相连，并通过支撑梁与驱动谐振器相连，信号检测电容由设在外框上并对称于驱动谐振器的成对动极板和设在信号引线板上且位于信号检测电容动极板下方的成对定极板组成，力矩电容由设在外框上并对称于驱动谐振器的1对力矩电容动极板和设在信号引线板上且位于力矩电容动极板下方的2对力矩电容定极板组成，驱动谐振器由动齿和与信号引线板相连的定齿组成，该动齿与支撑梁相连。
技术效果本实用新型是采用挠性扭杆将驱动部件与检测部件隔离的结构，实现了驱动模态和检测模态的部分解耦。4根驱动谐振器支撑梁的外段固连于谐振器的轮缘，以增加刚性。其次，检测部件采用沿输入轴和输出轴方向完全对称结构形式，保证输入轴方向的转动惯量与输出轴方向的转动惯量相等，以消除结构误差。最后，采用平板式差动电容检测微小角度变化，提高检测输出的信噪比。
四
图1是本实用新型结构示意图。
图2是本实用新型驱动谐振器结构俯视图。
图3是本实用新型信号引线板结构俯视图。
五、具体实施方案本实用新型是一种单自由度硅微陀螺仪，由驱动谐振器1、外框2、信号引线板4、信号检测电容和力矩检测电容组成，外框2通过扭杆3与驱动谐振器1相连，支撑柱5与信号引线板4相连，并通过支撑梁11与驱动谐振器1相连，其特征在于信号检测电容由设在外框2上并对称于驱动谐振器1的成对动极板21和22和设在信号引线板4上且位于信号检测电容动极板21和22下方的成对定极板41和42组成，力矩电容由设在外框2上并对称于驱动谐振器1的1对力矩电容动极板23和24和设在信号引线板4上且位于力矩电容动极板23和24下方的2对力矩电容定极板43、44和45、46组成，驱动谐振器1由动齿12和与信号引线板4相连的定齿47组成，该动齿12与支撑梁11相连。
权利要求1.一种单自由度硅微陀螺仪，由驱动谐振器(1)、外框(2)、信号引线板(4)、信号检测电容和力矩电容组成，外框(2)通过扭杆(3)与驱动谐振器(1)相连，支撑柱(5)与信号引线板(4)相连，并通过支撑梁(11)与驱动谐振器(1)相连，其特征在于信号检测电容由设在外框(2)上并对称于驱动谐振器(1)的成对动极板(21和22)和设在信号引线板(4)上且位于信号检测电容动极板(21和22)下方的成对定极板(41和42)组成，力矩电容由设在外框(2)上并对称于驱动谐振器(1)的1对力矩电容动极板(23和24)和设在信号引线板(4)上且位于力矩电容动极板(23和24)下方的2对力矩电容定极板(43、44和45、46)组成，驱动谐振器(1)由动齿(12)和与信号引线板(4)相连的定齿(47)组成，该动齿(12)与支撑梁(11)相连。
专利摘要本实用新型公开了一种单自由度硅微陀螺仪，由驱动谐振器、外框、信号引线板、信号检测电容和力矩检测电容组成，外框通过扭杆与驱动谐振器相连，支撑柱与信号引线板相连，并通过支撑梁与驱动谐振器相连，信号检测电容由设在外框上并对称于驱动谐振器的成对动极板和设在信号引线板上且位于信号检测电容动极板下方的成对定极板组成，力矩电容由设在外框上并对称于驱动谐振器的1对力矩电容动极板和设在信号引线板上且位于力矩电容动极板下方的2对力矩电容定极板组成，驱动谐振器由动齿和与信号引线板相连的定齿组成，该动齿与支撑梁相连。本实用新型能实现陀螺驱动模态与检测模态运动解耦且具误差小、稳定性好的优点。
文档编号G01C19/56GK2608950SQ0322183
公开日2004年3月31日 申请日期2003年5月9日 优先权日2003年5月9日
发明者王寿荣, 苏岩, 裘安萍, 周百令 申请人:东南大学