[发明专利]微壳体振动陀螺及其制备方法

说明书

本发明公开了一种微壳体振动陀螺及其制备方法，该微壳体振动陀螺包括微壳体陀螺谐振子和玻璃基板，微壳体陀螺谐振子设于玻璃基板上，微壳体陀螺谐振子包括回转壳体和多个敏感质量元件，敏感质量元件均布于回转壳体底部的外圆周，回转壳体和多个敏感质量元件相对于玻璃基板的面上设有金属膜，玻璃基板包括多个固定电容板，多个固定电容板上与多个敏感质量元件一一对应。制备方法包括：高精度靠模制备微壳体陀螺谐振子和微装配。该微壳体振动陀螺基于面外驱动和检测，具有便于加工且加工精度高、驱动和检测效率高、便于模态和频率修调、鲁棒性好、成本低廉等优点，该制备方法能极大提高微壳体陀螺谐振子的三维曲面面形加工精度和结构对称度。

技术领域

本发明属于微机械传感器领域，尤其涉及一种微壳体振动陀螺及其制备方法。

背景技术

陀螺仪是测量载体相对惯性空间旋转运动的传感器，是运动测量、惯性导航、制导控制等领域的核心器件，在航空航天、智能机器人、制导弹药等高端工业装备和精确打击武器中具有非常重要的应用价值。

目前，基于微机械加工技术可在圆片上实现传感器的批量加工，实现了体积小、成本低、功耗小的微陀螺仪的加工。经过这些年的发展，MEMS陀螺仪的精度已达速率级别，在汽车和消费电子领域有着广泛的应用（在50Hz的带宽内分辨率大概为0.1˚/s）。然而，对于精度要求更高的领域，例如在卫星信号盲区为导弹提供短距离导航（分辨率至少要求0.1˚/h），现有结构的MEMS陀螺仪还难以满足要求。

随着微机械加工工艺的发展和微陀螺技术研究的不断深入，微壳体振动陀螺成为最具发展潜力的微陀螺之一，是近年来研究的焦点和热点。微壳体振动陀螺是在宏观的壳体振动陀螺的基础上小型化而来，有望继承宏观壳体振动陀螺的一切性能优点，并同时具有体积小、成本低、功耗小等优异性能。壳体振动陀螺的高性能归根于其高度对称的敏感结构，需要采用高精度制造方法。随着体积的减小，微壳体振动陀螺的相对误差会显著增加，制造误差、非对称应力等因数制约着微陀螺性能的提升，急需高精度的三维微加工技术；另外，如何提高微壳体振动陀螺的驱动和检测面积，是提高微壳体振动陀螺性能面临的重要挑战。目前，基于静电驱动和电容检测的壳体谐振陀螺工作方式主要有圆弧面电极驱动和检测（面内）和平行板电极驱动和检测（面外）两种。虽然采用圆弧面工作电极的面内工作方式能够极大增加驱动和检测电极的面积，但是受目前三维微加工技术的限制，难以实现微尺度高精度电极间隙的圆弧面电容的加工。基于平行板工作电极的面外工作方式，电极间隙易于保证，一致性较好，但是电容面积的相对较小，驱动和检测效率较低。所以，迫切需要高效率且易于实现的驱动和检测方式。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种基于面外驱动和检测、便于加工且加工精度高、驱动和检测效率高、便于模态和频率修调、鲁棒性好、成本低廉的微壳体振动陀螺及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种微壳体振动陀螺，包括微壳体陀螺谐振子和玻璃基板，所述微壳体陀螺谐振子设于所述玻璃基板之上，所述微壳体陀螺谐振子包括回转壳体和多个敏感质量元件，所述多个敏感质量元件均匀分布于所述回转壳体底部的外圆周，所述回转壳体和多个敏感质量元件相对于所述玻璃基板的面上设有金属膜，所述玻璃基板包括多个固定电容板，所述多个固定电容板上与所述多个敏感质量元件一一对应。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述多个敏感质量元件为T形质量块。

所述多个敏感质量元件质量相等、形状相同。

所述固定电容板包括驱动电容板和敏感电容板，所述驱动电容板与所述敏感电容板等间隔分布。

所述回转壳体的中心位置朝所述玻璃基板方向凸起形成连接锚点，所述连接锚点与所述玻璃基板连接。

所述玻璃基板上设有与所述连接锚点相对应的连接凸台。