为本发明一较优实施例中微型半球形谐振子在工作模态下的振动图；
[0037]图中:I为单晶硅基底，2为微型半球形谐振子，3为圆柱形支撑柱，4为均匀分布式平面线圈，5为均勾分布式永磁体，6为凹形支架。
【具体实施方式】
[0038]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0039]实施例1
[0040]如图2(a)-图2(d)所示，本实施例提供一种面外电磁式半球形微陀螺仪，包括:
[0041]一个设有半球形凹槽的单晶硅基底I ;
[0042]一个微型半球形谐振子2 ;
[0043]一个圆柱形支撑柱3 ；
[0044]八个均匀分布式平面线圈4 ；
[0045]八个均匀分布式永磁体5 ；
[0046]一个设有圆形凹槽的凹形支架6 ;
[0047]其中:设有半球形凹槽的表面为所述单晶硅基底I的上表面，相反面为下表面；设有圆形凹槽的表面为所述凹形支架的下表面，相反面为上表面；所述圆柱形支撑柱3的上端与所述微型半球形谐振子2相连，下端与所述单晶硅基底I相连；所述圆柱形支撑柱3和所述微型半球形谐振子2位于所述单晶硅基底I的半球形凹槽内；八个平面线圈4均匀地分布于所述微型半球形谐振子2的上表面；八个永磁体5均匀地布置在所述凹形支架6的凹槽内，位于平面线圈4的正上方，不同永磁体5与其正下方平面线圈4的距离相同；所述凹形支架6的下表面与所述单晶硅基底I的上表面相连；所述单晶硅基底I的半球形凹槽、所述微型半球形谐振子2、所述圆柱形支撑柱3、所述平面线圈4、所述永磁体5以及所述凹形支架6的中心对称轴重合。
[0048]作为一个优选，所述单晶硅基底I的中心设有一半球形凹槽，为制作所述微型半球形谐振子2提供半球形模具，同时保护所述微型半球形谐振子2不被破坏。
[0049]作为一个优选，所述圆柱形支撑柱3的材料为玻璃或陶瓷，位于所述单晶硅基底I的半球形凹槽底部，为所述微型半球形谐振子2提供支撑。
[0050]作为一个优选，所述微型半球形谐振子2为实心半球体，材料与所述圆柱形支撑柱3的材料相同，位于所述单晶硅基底I的半球形凹槽内，是所述面外电磁式半球形微陀螺仪的主要振动结构，用于敏感外界角速度。
[0051]作为一个优选，所述平面线圈4可分为上下两层，下层为在所述微型半球形谐振子2上表面溅射的铬、铜种子层，上层为在种子层上表面电镀的金属镍，上下两层的形状相同，共同组成所述平面线圈4。所述平面线圈4均匀分布于所述微型半球形谐振子2的上表面，不同平面线圈的形状、大小相同，均为绕制多圈后形成的扇形。单个平面线圈两两圈层之间相互平行，相邻圈层之间的间距相同，不同圈层的线圈宽度相同。
[0052]作为一个优选，所述永磁体5的材料为磁化钐钴，部分永磁体的极性垂直指向所述微型半球形谐振子，其余部分永磁体的极性垂直指向所述凹形支架底部，相邻永磁体的极性均相反。所述永磁体5均匀分布于所述平面线圈的正上方，不同永磁体与其正下方平面线圈的距离相同。所述永磁体5与所述平面线圈4的外围轮廓形状、外围轮廓大小相同。
[0053]作为一个优选，所述凹形支架6的材料为电工钢，呈圆形结构，其下表面与所述单晶硅基底I相连，位于所述微型半球形谐振子2的外侧。所述凹形支架6的凹槽底部与所述永磁体5的上表面相连，为所述永磁体5提供支撑和固定。
[0054]如图3(a)和图3(b)所示，通过有限元分析方法得到本实施例提供的面外电磁式半球形微陀螺仪的驱动模态和检测模态的振动图，当面外电磁式半球形微陀螺仪工作在图3(a)所示的驱动模态时，在外加角速度(垂直于基体的方向)的作用下，会引起如图3(b)所示的检测模态，该检测模态的振动幅值与外加角速度的大小成正比。驱动模态和检测模态均有较大的面外振动位移，驱动模态将面外驱动力转化成面外振动位移，检测模态将面外振动位移转化成面外检测力。驱动模态和检测模态的振动频率相同，都在兆赫兹级别，比常规的半球壳式谐振陀螺仪的振动频率高一至两个数量级，可以有效减小环境噪声、机械噪声等因素的影响，提高微陀螺仪的陀螺性能。
[0055]本实施例中，所述平面线圈4可用于所述微型半球形谐振子2的驱动和检测，用于驱动的平面线圈称为驱动线圈，用于检测的平面线圈称为检测线圈。所述微陀螺仪可工作在角速率模式下，在所述驱动线圈上施加交流驱动信号，从而在驱动线圈周围产生变化的磁场，该磁场与驱动线圈正上方的钐钴永磁体产生面外的相互作用力，驱使所述微型半球谐振子2进行振动，振动频率由驱动线圈中交变信号的频率决定。当所述微型半球谐振子的振动频率与其驱动模态频率相同时，谐振子满足工作条件，此时所述谐振子2有较大的面内振动位移。当垂直于基体方向存在外加角速度时，科氏效应将引起检测模态的面内振动位移和面外振动位移发生变化，其中面外振动位移的大小与外加角速度的大小成正比。所述谐振子的振动将带动检测线圈发生运动，从而切割由检测线圈正上方的永磁体产生的磁场并产生交变检测信号。通过采集该检测信号可以计算检测模态面外振动位移的大小，进而计算外加角速度的大小。
[0056]实施例2
[0057]如图1 (a)_图1 (k)所示，本实施例提供面外电磁式半球形微陀螺仪的制备方法，包括如下步骤:
[0058]第一步、如图1(a)所示，清洗所述单晶硅基底1，生长氮化硅层，通过涂胶、光刻、显影、RIE刻蚀、去胶等步骤在氮化硅层上开圆形口，通过HNA刻蚀、热磷酸腐蚀等步骤在所述单晶娃基底I上制备半球形凹槽，半球形凹槽半径为350-650 μπι ；
[0059]第二步、如图1(b)所示，在第一步的基础上热氧化生长二氧化硅层，通过涂胶、光亥Ij、显影、刻蚀、去胶等步骤在二氧化硅层底部开圆形口，形成带缺口的牺牲层，为制作所述圆柱形支撑柱3和所述微型半球形谐振子2提供基础；在所述单晶硅基底上沉积厚度为1-10 μm 二氧化娃牺牲层，所述圆形开口的半径为20-50 μπι ；
[0060]第三步、如图1(c)所示，在第二步的基础上熔融玻璃或烧结陶瓷，将半球形凹槽以外的部分通过磨削或减薄等技术去除，制备所述圆柱形支撑柱3和所述微型半球形谐振子2 ；
[0061]第四步、如图1(d)所示，在第三步的基础上溅射铬、铜种子层，为后续的电镀工艺提供导电基底；所述络、铜种子层的厚度为30nm-300nm ；
[0062]第五步、如图1(e)所示，在第四步的基础上通过涂胶、光刻、显影、电镀金属镍、离子束刻蚀等工艺制作所述平面线圈4 ;所述电镀金属镍的厚度为I μπι-20 μ m，所述扇形平面线圈的张角为35度；
[0063]第六步、如图1 (f)所示，在第五步的基础上利用BHF溶液对二氧化娃牺牲层结构进行腐蚀，从所述单晶硅基底I上释放所述微型半球形谐振子2 ;
[0064]第七步、如图1(g)所示，准备未磁化的钐钴永磁体毛坯材料，利用电火花技术将其加工成薄板状，并通过抛光技术将薄板两面进行抛光；
[0065]第八步、如图1 (h)所示，在第七步的基础上利用激光加工将钐钴永磁体薄板分割成所需的扇形；所述扇形钐钴永磁体的厚度为50 μ m-500 μ m，扇形张角为35度；
[0066]第九步、如图1 (i)所示，在第八步的基础上将分割后的扇形钐钴永磁体进行磁化，极性方向垂直于薄板的上下表面；
[0067]第十步、如图l(j)所示，利用机械加工的方式将电工钢材料制成所述凹形支架，将第九步得到的磁化钐钴永磁体5固定在所述凹形支架6的凹槽底部，相邻永磁体的极性方向相反；
[0068]第十一步