[发明专利]电磁驱动静电预紧硅微机械陀螺

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机械陀螺，尤其是涉及一种应用于对飞行器、工业机器人、汽车轮胎等旋转体的姿态参数测量和控制的电磁驱动静电预紧硅微机械陀螺。

背景技术

微机械陀螺具有广阔的发展和应用前景。在军事上，它可用于战术导弹智能炸弹的制导和微型卫星的姿态控制。在民用方面，它可用于汽车的自动驾驶和安全防护系统以及工业机器人、大地测量、石油钻探、矿山开采、隧道工程、海洋开发等的定位定向系统。

陀螺发展至今，人们已经研制出多种不同形式的陀螺，有转子式陀螺、光学陀螺和振动式陀螺等。微机械陀螺从形式上属于振动式陀螺，它是采用微电子和微机械加工技术来制作的，在加工方法以及器件特性等方面，微机械陀螺都有别于转子式陀螺和光学陀螺等。

表1是不同应用场合对陀螺性能的要求。从表1可以看出，虽然微机械陀螺具有小体积、低工耗、低成本等突出优点，但由于目前的微机械陀螺性能都比较低，因而只能应用于对测量精度及测量带宽等要求不高的场合，比如说角速度级应用场合，而不能应用于战术级应用场合，更不用说惯导级应用场合。

表1不同应用场合对陀螺性能的要求

发明内容

本发明的目的在于提供一种既具有微机械陀螺固有的小体积、低工耗、低成本等突出优点、又有利于陀螺输出信号的检测、还可以极大地提高陀螺的分辨力、检测精度、测量范围和响应速度、完全能满足战术级乃至惯导级应用的电磁驱动静电预紧硅微机械陀螺。

本发明的目的是这样实现的：本发明包括由硅片构成的硅框架，特征是在硅框架上通过体微机械工艺制作出驱动质量块、驱动梁、敏感质量块、上振弦、下振弦和水平检测梁，并通过电镀工艺制作相应的上电容极板对的上极板及下极板、下电容极板对的上极板及下极板、驱动导线、第一上电极导线、第二上电极导线、第一下电极导线、第二下电极导线、上检测导线、下检测导线和焊盘，其中在硅框架内通过体微机械工艺制作驱动质量块，在驱动质量块内的中间制作有敏感质量块，敏感质量块通过两端的水平梁支撑在驱动质量块上，在敏感质量块的上方和下方通过电镀工艺分别制作有上电容极板对的上极板、下极板和下电容极板对的上极板、下极板，带焊盘的第一上电极导线与上电容极板对的下极板相连，带焊盘的第二上电极导线与上电容极板对的上极板相连，带焊盘的第一下电极导线与下电容极板对的上极板相连，带焊盘的第二下电极导线与下电容极板对的下极板相连，上振弦、下振弦与敏感质量块相连接，在上振弦的上端连接有上检测导线，在下振弦的下端连接有下检测导线；在硅框架内制作用于驱动驱动质量块振动的驱动梁，在驱动梁上制作驱动导线。

本发明能够把角速度的变化转换成振弦振动的频率变化来进行检测，即把因物体旋转而在检测梁上所产生的洛伦兹力直接转换为频率信号，这样不但有利于陀螺输出信号的检测，而且可以极大地提高陀螺的分辨力、检测精度、测量范围和响应速度。因此本发明的陀螺既具有微机械陀螺固有的小体积、低工耗、低成本等突出优点、又有利于陀螺输出信号的检测、还可以极大地提高陀螺的分辨力、检测精度、测量范围和响应速度、完全能满足战术级应用，甚至能有望满足惯导级应用场合的优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工作原理图。

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。