[实用新型]动热源式双轴微机械角速度传感器

说明书

本实用新型公开了一种动热源式双轴微机械角速度传感器，该双轴陀螺包括基底层、敏感层和盖板，敏感层含有中间加热腔和中间检测腔，敏感层的上表面设置有全方位振子加热器(动热源)和两对热敏电阻；全方位振子加热器(动热源)通过六个完全对称的半圆形支撑梁悬置在敏感层的中心位置；加热器的通电方式为周期式交流电；盖板上刻蚀有凹槽，且与敏感层的上表面密闭连接。本实用新型可实现双轴角速度的测量，灵敏度高，响应速度快，具有结构应力小、体积小、重量轻、易于智能化和集成化等特点，符合传感器朝着微小型、综合型和智能型的发展方向。同时它具有结构和加工工艺非常简单，成本极低，可靠性高，优秀的抗振动和冲击特性。

技术领域

本实用新型属于利用哥氏力偏转全方位振子检测运动体角速度姿态参数的技术领域，尤其是涉及动热源式双轴微机械角速度传感器，属于惯性测量领域。

背景技术

利用微机电系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System)技术制作的微型惯性传感器有大批量生产、成本低、体积小、功耗低等诸多优点，是未来中、低精度微型惯性传感器的理想产品。陀螺、加速度计是载体运动姿态测量和控制的核心惯性传感器，而陀螺是敏感角速度、角加速度等角参数的传感器。目前，市场对微型陀螺适应恶劣苛刻的环境能力要求越来越高，而微型流体惯性传感器(MEMS惯性传感器)以其超高抗冲击能力和超低制造成本在MEMS传感器中独树一帜，是其它MEMS惯性传感器无法媲美的。

目前基于MEMS技术的微型流体陀螺大致可以分为四类大类:微型射流陀螺，ECF(electro-conjugate fluid)流体陀螺、微型热对流陀螺和微型热流陀螺。中国专利：一种微型四通道循环流式三轴硅射流陀螺(专利申请号：201510385582.4)，属于微型射流陀螺，其敏感元件内的压电片增加了加工难度和成本，且在保持流速的前提下其体积难以进一步缩小。ECF流体陀螺的体积较大(40mm×60mm× 7mm)，且液体形成喷射流需高达上千伏的电压，故而ECF陀螺很难实现大批量、低成本的商业化。微型热对流陀螺无重力场就无法工作，灵敏度低。上述微型流体陀螺因其各自固有的缺点使其难以成为低成本商业化微型陀螺的选择。微型热流陀螺(也称热膨胀陀螺)是近几年提出的一种比较新的微型流体陀螺，敏感元件内无压电片，不需要高电压，可以在无重力环境下使用。与微型热流加速度计(MEMS热流加速度计)已经商业化相比，MEMS热流陀螺尚未成熟，仍处于研发阶段。MEMS热流陀螺难以实用化的难点在于灵敏度较微机械振动陀螺低。在中国专利201410140298.6和201210130318.2中，微机械热流陀螺几乎都是利用加热器产生热膨胀流在输入角速度的时在哥式力作用下发生偏转，通过设置对称的热敏电阻检测温度场的不对称分布。由于热气流速度很小，气流偏转时造成的不对称温度场梯度很小，因此由热敏电阻构成的惠斯登电桥输出的不平衡电压小，传感器的灵敏度低。在现有的解决方案，虽然可以通过加大加热器功率的方法提高灵敏度，但是受到功耗的限制，灵敏度没有实质性的改变和提高，很难突破这一实用化的瓶颈。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种动热源式双轴微机械角速度传感器，以解决现有技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供一种动热源式双轴微机械角速度传感器，包括基底层、敏感层和盖板，其中，

所述敏感层含有中间加热腔和中间检测腔，敏感层的上表面设置有全方位振子加热器(动热源)和两对热敏电阻；

定义所述敏感层上表面长度方向放置方向为X方向，宽度为Y 方向，高度方向为Z向；两对所述热敏电阻的放置方向为X方向和Y 方向，且每对热敏电阻相互平行，用于检测X轴和Y轴的角速度；

所述全方位振子加热器(动热源)采用风火轮式敏感结构，其中心含有一个带圆形的质量块的中心轮轱，通过六个完全对称的半圆形也叫支撑梁悬置在敏感层的中心位置；其下方是圆形的中间加热腔；