[发明专利]内外双曲面立体电极的微半球陀螺仪

说明书

本发明公开内外双曲面立体电极的微半球陀螺仪，包括半球谐振壳，半球谐振壳外表面上方设有外层曲面立体电极，半球谐振壳内表面下方设有内层曲面立体电极，外层曲面立体电极与内层曲面立体电极的平面基底之间通过密封垫密封连接；外层曲面立体电极顶部还设有盖帽，盖帽上设有一组与外层曲面立体电极一一对应的引线孔；外层曲面立体电极和内层曲面立体电极一一对应或者相互交错的排布在半球谐振壳的四周，并分别形成外电极电容间隙和内电极电容间隙，本发明同时采用内外两组曲面立体电极进行陀螺的驱动和信号检测，与谐振壳体的电极间隙均匀一致，传感面积大，可以充分感知谐振器壳体结构的振动信息，有利于陀螺利用电容差分技术进行测试。

技术领域

本发明涉及微机械电子技术领域，具体是一种内外双曲面立体电极的微半球陀螺仪。

背景技术

陀螺仪是一种能够敏感载体角度或角速度的惯性器件，在姿态控制和导航定位等领域有着非常重要的应用。随着消费电子、工业机器人、车辆、船舶导航、无人机制造等工业的发展，对陀螺仪的需求也逐渐向着低成本、小体积、高精度、高可靠性的方向发展。微机电陀螺，采用微纳加工技术，具有批量生产成本低、一致性好的特点，已成为陀螺领域中的研究热点。

微半球陀螺仪因其自身的抗冲击能力强，具有做成高精度陀螺仪的潜力，已经成为微陀螺领域的研究热点。目前，国际上研制的微半球陀螺仪多采用谐振壳体外部单层电极结构,或者在谐振壳体开口的正下方排布一层平面的单层电极，较少的电极数量限制了陀螺在复杂控制系统中的应用。传统的宏观石英半球陀螺采用内外双层电极，外层为离散的力发生器电极，内层为传感器电极，二者共同作用实现陀螺的驱动与检测。

《一种内外双电极式微型半球谐振陀螺仪及其制备方法》（专利号201410389616.2）的文献提出了一种具有内外双层电极的微型半球谐振陀螺。该陀螺仪具有内外两层电极，其中内电极是八个均匀分分布的单电极或一个环形整体式内电极。陀螺内电极是垂直的柱状或者环形结构，其与谐振壳体的间隙不一致，且由于谐振器的空间有限，为避免电极与谐振壳体相接触，内部电极在谐振器开口处与谐振器的距离较大。半球陀螺谐振器的最大振幅在谐振器的开口处，且随着距离开口位置的增大，谐振器的振幅急剧变小，这就导致内部电极不能有效的完成陀螺的驱动、检测任务。陀螺外电极是硼掺杂的硅，因工艺的限制，利用硼掺杂硅制备的电极深度有限，一般也就十几个微米，因此同样存在电极与谐振器的有效传感面积小，不能充分实现陀螺的驱动检测任务的不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内外双曲面立体电极的微半球陀螺仪，该陀螺仪同时采用内外两组曲面立体电极进行陀螺的驱动和信号检测，电极与谐振器壳体间隙均匀，可以充分感知谐振器壳体结构的振动信息，有利于陀螺利用电容差分技术进行测试。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

内外双曲面立体电极的微半球陀螺仪，包括半球谐振壳，半球谐振壳的外顶点设有锚点，半球谐振壳外表面上方设有外层曲面立体电极，外层曲面立体电极包含支撑电极座、四个支撑电极与一组功能电极，四个支撑电极分别连接在支撑电极座四周构成十字形，功能电极间隔设于支撑电极之间、且与支撑电极及支撑电极座通过隔离槽相互隔离，外层曲面立体电极呈环形分布、且底部形状与半球谐振壳外表面相适应，支撑电极座中心设有用于和锚点连接的固定孔；

半球谐振壳内表面下方设有内层曲面立体电极，内层曲面立体电极包含平面基底，平面基底中心设有与半球谐振壳内表面形状相适应的半球基底，半球基底的表面贴合有一组呈环形分布、且间隔设置的电极片，平面基底上还设有一组呈环形分布、与电极片对应连接的导线，每根导线的另一端还分别设有电极焊盘；所述平面基底及半球基底与电极片、导线、电极焊盘相互绝缘；

外层曲面立体电极与内层曲面立体电极的平面基底之间通过密封垫密封连接；外层曲面立体电极顶部还设有盖帽，盖帽上设有一组与外层曲面立体电极一一对应的引线孔。

进一步的，所述外层曲面立体电极的外周还设有密封环。