[实用新型]硅微角振动输出陀螺仪

说明书

技术领域

本实用新型属于微电子机械系统和微惯性测量技术，特别是一种硅微角振动输出陀螺仪。 

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。 

1993年，美国德雷珀实验室通过在玻璃表面复盖硅层技术制作了一种新颖的微机械陀螺-音叉式线振动陀螺。该陀螺仪由双质量块、支承梁和横梁组成，陀螺仪采用线振动驱动和角振动检测的方式，可以敏感陀螺仪平面内轴向的角速率。由于该陀螺仪的驱动运动与敏感运动完全耦合，限制了其灵敏度的提高。 

2007年，裘安萍、苏岩等人研制了双质量振动式硅微陀螺仪(申请号：200710133223.5)，在驱动力的作用下双质量在做平行于衬底的线振动，有角速率输入时，双质量块做平行于衬底的垂直于驱动方向的线振动，通过检测敏感电容的变化，测试输入角速率。该陀螺仪采用了八根驱动支承梁和八根敏感支承梁实现驱动模态与敏感模态的分离。由于微电子工艺的相对误差较大，加工误差对陀螺仪性能有很大的影响。 

2009年，裘安萍、苏岩等人又研制了摆动式硅微陀螺仪(申请号：200920037290.1)。采用扭杆和横梁，使陀螺仪绕Z轴转动，实现陀螺仪的敏感运动，实现了驱动方向与检测方向的运动解耦。扭杆代替了敏感支承梁，减小了支承梁数目，降低了加工误差对陀螺仪性能的影响。但是在体硅工艺中，对竖直扭杆的加工具有相当大的难度。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能实现驱动模态与检测模态的运动解耦，受加工误 差影响较小，具有高灵敏度、高稳定性的硅微角振动输出陀螺仪。 

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种双质量硅微角振动输出陀螺仪，由上层的机械结构和下层的玻璃衬底构成，上层机械结构由两个相同的子结构组成，这两个子结构左右对称布置，并通过质量块连接机构相互连接。同时两个子结构分别与横梁连接，该横梁通过水平扭杆与固定基座连接，固定基座安装在玻璃衬底上的固定基座键合点上，使上层的机械结构部分悬空在下层的玻璃衬底部分之上。 

本实用新型与现有技术相比，其显著优点为：(1)与双质量振动式硅微陀螺仪(申请号：200710133223.5)相比，扭杆代替了敏感支承梁，使陀螺仪的敏感运动由线运动变为角运动，减少了干扰模态的数目，降低了加工精度的影响，提高了陀螺仪的灵敏度和稳定性；(2)与摆动式硅微陀螺仪(申请号：200920037290.1)相比，水平扭杆代替了竖直扭杆，实现敏感运动，降低了加工过程的难度；(3)与双质量振动式硅微陀螺仪(申请号：200710133223.5)和摆动式硅微陀螺仪(申请号：200920037290.1)相比，两个子结构通过质量块连接机构相互连接，增大了工作模态间与干扰模态间的频率差，减小了干扰模态对陀螺仪性能的影响；(4)与双质量振动式硅微陀螺仪(申请号：200710133223.5)相比，两个子结构左右对称布置，增加了输出信号，为单质量块输出信号的两倍，同时角振动输出信号为线振动输出信号的两倍，所以大大提高了陀螺仪的灵敏度；(5)采用扭杆和横梁，使陀螺仪绕z轴转动，实现陀螺仪的敏感运动，实现了驱动方向与检测方向的运动解耦，从而减小误差信号；(6)两个子结构的驱动运动和检测运动均为相向运动，形成梳齿差动电容检测，实现了敏感输出解耦，抑制了干扰信号。 

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。 

附图说明

图1是本实用新型硅微角振动输出陀螺仪的结构示意图。 

图2是本实用新型硅微角振动输出陀螺仪下层的玻璃衬底上的信号引线示意图。 

具体实施方式