[发明专利]面外电磁式半球形微陀螺仪及其制备方法

权利要求书

1.一种面外电磁式半球形微陀螺仪，其特征在于，包括：设有半球形凹槽的单晶硅基底、微型半球形谐振子、圆柱形支撑柱、多个均匀分布式平面线圈、多个均匀分布式永磁体、以及凹形支架；其中：所述圆柱形支撑柱的上端与所述微型半球形谐振子相连，下端与所述单晶硅基底相连；所述圆柱形支撑柱和所述微型半球形谐振子位于所述单晶硅基底的半球形凹槽内；多个平面线圈均匀地分布于所述微型半球形谐振子的上表面；多个永磁体均匀地布置在所述凹形支架的下表面凹槽内，并位于平面线圈的正上方，各永磁体与正下方平面线圈的距离相同；所述凹形支架的下表面与所述单晶硅基底的上表面相连；所述单晶硅基底的半球形凹槽、所述微型半球形谐振子、所述圆柱形支撑柱、所述平面线圈、所述永磁体以及所述凹形支架的中心对称轴重合。

2.根据权利要求1所述的面外电磁式半球形微陀螺仪，其特征在于，所述单晶硅基底的中心设置半球形凹槽。

3.根据权利要求1所述的面外电磁式半球形微陀螺仪，其特征在于，所述圆柱形支撑柱的材料为玻璃或陶瓷，位于所述单晶硅基底半球形凹槽内的底部，为所述微型半球形谐振子提供支撑。

4.根据权利要求1所述的面外电磁式半球形微陀螺仪，其特征在于，所述微型半球形谐振子为实心半球体，材料与所述圆柱形支撑柱的材料相同，位于所述单晶硅基底的半球形凹槽内，用于敏感外界角速度。

5.根据权利要求1所述的面外电磁式半球形微陀螺仪，其特征在于，所述平面线圈分为上下两层，下层为在所述微型半球形谐振子上表面溅射的铬、铜种子层，上层为在种子层上表面电镀的金属镍，上下两层的形状相同，共同组成所述平面线圈；所述平面线圈均匀分布于所述微型半球形谐振子的上表面，不同平面线圈的形状、大小相同，均为绕制多圈后形成的扇形；单个平面线圈两两圈层之间相互平行，相邻圈层之间的间距相同，不同圈层的线圈宽度相同。

6.根据权利要求1所述的面外电磁式半球形微陀螺仪，其特征在于，所述永磁体的材料为磁化钐钴，部分永磁体的极性垂直指向所述微型半球形谐振子，其余部分永磁体的极性垂直指向所述凹形支架底部，相邻永磁体的极性均相反；所述永磁体与所述平面线圈的外围轮廓形状、外围轮廓大小相同。

7.根据权利要求1所述的面外电磁式半球形微陀螺仪，其特征在于，所述凹形支架整体为圆形结构，所述凹形支架的凹槽底部与所述永磁体的上表面相连，为所述永磁体提供支撑和固定。

8.根据权利要求1-7任一项所述的面外电磁式半球形微陀螺仪，其特征在于，所述平面线圈用于所述微型半球形谐振子的驱动和检测，用于驱动的平面线圈称为驱动线圈，用于检测的平面线圈称为检测线圈；

所述微陀螺仪工作在角速率模式下，在所述驱动线圈上施加交流驱动信号，从而在驱动线圈周围产生变化的磁场，该磁场与驱动线圈正上方的永磁体产生面外的相互作用力，驱使所述微型半球谐振子进行振动，振动频率由驱动线圈中交变信号的频率决定；当所述微型半球谐振子的振动频率与其驱动模态频率相同时，谐振子满足工作条件，此时所述谐振子有大的面内振动位移；当垂直于基体方向存在外加角速度时，科氏效应将引起检测模态的面内振动位移和面外振动位移发生变化，其中面外振动位移的大小与外加角速度的大小成正比；所述谐振子的振动将带动检测线圈发生运动，从而切割由检测线圈正上方的永磁体产生的磁场并产生交变检测信号；通过采集该检测信号计算检测模态面外振动位移的大小，进而计算外加角速度的大小。