[发明专利]一种基于切向静电力驱动的三层结构硅微陀螺

说明书

技术领域

本发明涉及硅微机械陀螺，具体涉及一种基于切向静电力驱动的三层结构硅微陀螺。

背景技术

硅微机械陀螺一般由支撑梁和质量块组成，多采用静电驱动、电容检测的形式。硅微机械陀螺包括两个模态：驱动模态和检测模态。质量块在静电力的作用下沿驱动轴方向做简谐振动，称为驱动模态；当在角速度输入方向存在角速度信号时，由哥氏力效应产生的哥氏力使得质量块在检测轴方向产生振动，称为检测模态。检测模态检测电容变化，电容变化量与输入角速度和驱动模态振幅成正比，通过自动增益控制实现驱动模态的恒幅振动，这样便可以通过测量检测模态电容变化量来反应出输入角速度大小。

对于无限大平行板电极，利用虚位移原理，可得平行板间的静电力大小如式(1)所示；

Fn=ϵA2d02V2---(1)]]>

式(1)中，ε为介电常数，A为电极面积，V为极板间的电压差，d₀为电极间距离，力的方向为垂直于极板方向，可将此方向称为法向。

若忽略边缘效应，式(1)也可应用于有限大小的平行板，此时A为两极板间的正对面积，如图1所示。当两极板非正对但仍有正对面积时，会产生两个方向的静电力，如图2所示，静电力的大小分别如式(2)所示；

Fn=ϵbaV22d2Fr=ϵbV22d---(2)]]>

式(2)中，F_n为法向静电力，F_r为切向静电力，其余各参数与式(1)中相同。根据式(2)可以看出，法向静电力仍然与极板的正对面积成正比，而切向静电力只与极板的宽度b有关，而与极板间的重叠宽度a没有关系。基于上述发现，如何利用静电力的这种切向效应来驱动陀螺工作，已成为一项亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种驱动振幅不受电容间隙限制、结构对称性好、受空气阻尼影响小、灵敏度高、结构简单的基于切向静电力驱动的三层结构硅微陀螺。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：