[发明专利]双线振动硅微陀螺仪

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械系统和微惯性测量技术，特别是一种双线振动硅微陀螺仪。

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。

1998年，德国微机械及信息技术研究所(Institute ofMicromachining and InformationTechnology)同样利用静电驱动、电容检测技术，研制出一种双线振动z轴陀螺仪(W.Geiger，B.Folkmer，H.Sandmaier，et al..New designs ofmicromachined vibrating rategyroscopes with decoupled oscillation modes.Sensors and Actuators A 66，1998，118-124)。该陀螺仪可检测垂直于陀螺仪结构平面的轴向的输入角速率。该结构的主要缺点是，运动耦合大。因此，误差大，稳定性差。

2002年，东南大学研制了一种硅微振动陀螺仪(裘安萍，王寿荣，周百令等.硅微振动陀螺仪.CN 2516942Y)，该陀螺仪可检测垂直于陀螺仪结构平面的轴向的输入角速率。该结构虽然克服了上述结构运动耦合的缺点，但运动非线性较大，从而运动幅度受到限制，此外热应力和正交耦合误差较大。因此，该陀螺仪的误差大、稳定性差、灵敏度较低。

发明内容

本发明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、检测输出解耦、大幅度振动以及有效释放应力、抑制正交耦合误差，达到误差小、稳定性好、灵敏度高的双线振动硅微陀螺仪。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种双线振动硅微陀螺仪，由上、下两层构成，上层为制作在单晶硅片上的陀螺仪机械结构，下层为制作在玻璃衬底上的信号引线，陀螺仪上层机械结构的内框架通过检测支承梁与外框架相连，陀螺仪下层玻璃衬底上制作有地线、驱动输入引线、敏感输出信号引线，上层机械结构通过固定基座对应安装在玻璃衬底上的固定基座键合点上，使上层机械结构部分悬空在下层玻璃衬底部分之上，其特征在于：驱动支承梁和检测支承梁采用U型梁的结构。

本发明双线振动硅微陀螺仪的外框架通过驱动支承梁与固定基座相连。

本发明双线振动硅微陀螺仪的固定驱动梳齿与外框架上的活动驱动梳齿对插组成多组梳齿电容，每组梳齿电容相互交错排列，排成两列。

本发明双线振动硅微陀螺仪在上层结构的活动部分的下方淀积金属层。

本发明双线振动硅微陀螺仪的内框架由3组直线形敏感梳状电极组成，每组电极均由固定敏感梳齿与活动敏感梳齿电极交错对插组成，固定敏感梳齿与内框架上的活动敏感梳齿构成梳齿差动电容。

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)采用内外支承梁将驱动部分与检测部分分开，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；(2)支承梁采用U型梁的结构，有效地释放了热应力，并有效地抑制了正交耦合误差信号，此外，U型梁减小了运动的非线性，从而可增加运动幅度，提高陀螺仪的灵敏度；(3)梳状谐振器由多组梳齿电容组成，每组梳齿电容相互交错排列，排成两列，充分利用了空间，增加了驱动梳齿，从而可以减小驱动电压，以减小了驱动信号的耦合；(4)在上层结构活动部分的下方淀积金属层，并使之与上层结构等电位，从而减小寄生电容，提高信噪比；(5)采用梳齿差动电容检测，实现了敏感输出解耦，抑制了干扰信号，提高了灵敏度。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明双线振动硅微陀螺仪的上层机械结构示意图。

图2是本发明双线振动硅微陀螺仪的驱动结构示意图。

图3是本发明双线振动硅微陀螺仪的检测结构示意图。

图4是本发明双线振动硅微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