[发明专利]质量负载科里奥利振动陀螺仪

说明书

政府许可权

美国政府可以享有本发明中如与国防部高级研究计划局(DARPA)的政府合同No.HR0011-11-C-0036的条款所规定的一些权利。

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年5月16日提交的美国临时专利申请No.61/994,515的权益，其在此通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及质量负载科里奥利振动陀螺仪，更具体涉及用于振动传感器的质量负载谐振器。

背景技术

具有两种谐振模式的机械谐振器可用作多种应用中的振动传感器，包括但不限于科里奥利振动陀螺仪，其能够感测外加旋转。科里奥利振动陀螺仪在本文中也将被称为振动陀螺仪。在示例性振动陀螺仪中，两个简并共振被构造成使得作用于一种谐振模式的运动速度的外加旋转产生作用于另一谐振模式的科里奥利力。

高性能振动陀螺仪的目标是使谐振器的两种谐振模式具有长谐振衰减时间(在本文中也被称为“衰荡时间”)。衰荡时间τ由τ=Q/(π*f)给出，其中f是谐振频率。作为结果，如果可将谐振器品质因数(Q)保持得相对较恒定，则能通过设计具有低谐振频率的谐振器来实现长衰荡时间。然而，低谐振频率通常要求使用薄谐振器材料膜，其可以具有高的机械阻尼，从而具有比在较厚膜中呈现出的Q值低的谐振器Q值。

发明内容

公开了用于振动传感器的质量负载谐振器(mass-loadedresonator)。在至少一个实施例中，所述质量负载谐振器包括共基极，其具有顶面、底面和多个侧面。此外，多个弯曲部附接至所述共基极，并在质量负载谐振器静置时与共基极的顶面的法向大致垂直地突出。另外，多个弯曲部具有的厚度实质上小于共基极的厚度。

附图说明

应当理解的是附图仅示出了示例性实施例，因此不应被认为是对范围的限制，将通过使用附图以附加的具体内容和细节来描述示例性实施例，附图中：

图1是用作振动传感器的质量负载谐振器的示例性实施例；

图2是坐标图，示出了较厚的多晶金刚石膜是如何提供更高的品质因数Q的；

图3A-3B是用于图1所示质量负载谐振器的谐振模式的示例；并且

图4是制造用作振动传感器的质量负载谐振器的一种示例性方法的流程图。

依据常规实践，所描述的各种特征不是按比例进行绘制的，而是被绘制为强调与示例性实施例相关的特定特征。

具体实施方式

在以下详细描述中，将参考形成其一部分的附图，并且在附图中通过说明性的方式示出了特定的例示性实施例。然而，应该明白的是，也可以采用其它实施例，并且可以做出逻辑、机械和电气上的变化。此外，附图和说明书中提供的方法不应解释为限制可以执行各个步骤的顺序。因此，以下详细描述不应认为具有限制的意义。

如以上提及的，低谐振频率通常要求使用薄谐振器材料膜，其可以具有高的机械阻尼，从而具有比在较厚膜中呈现出的Q值低的谐振器Q值。本公开中描述的实施例解决该问题。具体地，实施例实现低的谐振频率，同时仍然维持高的Q值因数，方法是通过包括大质量体作为谐振器的一部分，以生成质量负载谐振器。大质量体在本文中也将被称为共基极(commonbase)。作为结果，谐振器的谐振频率被降低，同时高Q值因数得到维持。

图1是一示例性实施例的质量负载谐振器100，其用作各种应用中的振动传感器，包括但不限于科里奥利振动陀螺仪。本文所论述的振动陀螺仪可包括各种类型的振动陀螺仪，一个示例为微机电系统(MEMS)振动陀螺仪。质量负载谐振器100在本文中也将被称为“谐振器”100。谐振器100包括共基极104和多个弯曲部102，其附接至共基极104并构造成支承共基极104。谐振器100的Q值由弯曲部102的材料性能确定。可以在谐振器100中使用厚的弯曲部102，以便提供更高的Q值。

如在附图中可看出的，共基极104具有顶面104A、底面104B和多个侧面104C。此外，多个弯曲部102在谐振器100静置时沿与共基极104的顶面104A的法向105大致垂直的方向突出。在示例性实施例中，多个弯曲部102的厚度将实质上薄于共基极104的厚度。