[发明专利]一种圆盘多环内双梁孤立圆环谐振陀螺及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机电技术领域的陀螺，具体地，涉及一种圆盘多环内双 梁孤立圆环谐振陀螺及其制备方法。

背景技术

陀螺仪是一种能够敏感检测载体角度或角速度的惯性器件，在姿态控制和导 航定位等领域有着非常重要的作用。随着国防科技和航空、航天工业的发展，惯 性导航系统对于陀螺仪的要求也向低成本、小体积、高精度、多轴检测、高可靠 性、能适应各种恶劣环境的方向发展。基于MEMS技术的微陀螺仪采用微纳批 量制造技术加工，其成本、尺寸、功耗都很低，而且环境适应性、工作寿命、 可靠性、集成度与传统技术相比有极大的提高，因而MEMS级的微陀螺已经 成为近些年来MEMS技术广泛研究和应用开发的一个重要方向。

随着MEMS陀螺在导航系统中的应用和发展，国外科学家1994年研制 的半球谐振陀螺具有较高的性能。借助于这种半球谐振陀螺的研究，研究者 们对具有高Q值和对称结构的MEMS谐振器的设计有了更好的理解。但是， 由于早期的杆结构谐振器的杆部分需要组装在微机械机构上，从长远来看， 更高的动态负载和在连接处的不精确连接会导致半球谐振陀螺产生更大偏 移。于是，想到了设计一种具有良好对称性的、小而紧凑的、平面结构的 MEMS陀螺，即圆盘多环内双梁孤立圆环谐振陀螺。

发明内容

本发明的目的是提供一种圆盘多环内双梁孤立圆环谐振陀螺及其制备 方法，具有体积小、结构稳定，响应灵敏等优点，具有良好的对称性，因而 可以达到较高的性能。

根据本发明的一个方面，提供一种圆盘多环内双梁孤立圆环谐振陀螺， 包括：

一个基底；

一个圆盘多环内双梁孤立圆环谐振器，包含中央圆柱、多个双梁孤立圆环和 多个同心圆环，其中：中央圆柱与基底相连，同心圆环之间通过多个辐条相连， 多个双梁孤立圆环的两端均分别与中央圆柱和同心圆环中最小圆环内侧相连；

一组分布在圆盘多环内双梁孤立圆环谐振器外围边缘的电极，且每个电极分 别与基底相连。

优选地，所述基底上设有凸出的部分，所述凸出的部分包括中央圆柱和 n个外围边缘离散的扇环部分，n≥8且n为偶数，其中：中央圆柱和n个外 围边缘离散的扇环部分的高均相等；n个外围边缘离散的扇环部分等间距分 布且每个扇环部分的宽均相等；

基底上最外围边缘为n个等间距分布的电极片，其中：n个电极片分别 与n个外围边缘离散的扇环部分的位置一一对应，n个电极片分别与n个外 围边缘离散的扇环部分用导线相连，且n个电极片分别与n个外围边缘离散 的扇环部分之间的距离均相等；每个电极片的宽度、厚度均相等；

基底上的中央圆柱上将引出一条引线，用于接地或接零电势。

更优选地，在所述中央圆柱和n个外围边缘离散的扇环部分的上面分布 有一层导电薄膜，然后将所述基底与单晶硅片键合。

优选地，所述基底的材料为熔融石英或耐热玻璃或单晶硅。

优选地，所述圆盘多环内双梁孤立圆环谐振器中：中央圆柱位于圆盘多环 内双梁孤立圆环谐振器的中心位置；

多个同心圆环的中心轴均与中央圆柱的中心轴重合；多个同心圆环的宽度 均相等；同心圆环之间的间隙宽均相等；

同心圆环间的每组辐条均匀间隔排列；每组辐条的个数为m个，m≥8 且m为偶数；每组辐条的间隔角度为360°/m；每个辐条的宽度均相等；

为了提升圆盘多环谐振器的灵敏度，在中央圆柱和多个同心圆环中最小圆 环之间加入了多个双梁孤立圆环，所述双梁孤立圆环的个数为n，n≥8且n为偶 数，n个双梁孤立圆环等间距分布，且n个双梁孤立圆环的中心位于同一圆周 上；n个双梁孤立圆环与中央圆柱位于同一水平面。

更优选地，每个所述双梁孤立圆环均呈中心对称，且均由两个柔性梁和一 个圆环构成，其中：

两个柔性梁的尺寸相同，长度、宽度均相等；

圆环的外圆直径、内圆直径均相等。

优选地，所述圆盘多环内双梁孤立圆环谐振器的材料为单晶硅。

优选地，所述电极为n个扇环形状的电极，n≥8且n为偶数；n个电极的 位置与n个双梁孤立圆环的位置一一对应，且每个电极的中心轴均与圆盘多环 内双梁孤立圆环谐振器的中心轴重合；n个电极与同心圆环中最大圆环之间的间 隙距离均相等；