[发明专利]一种悬浮转子MEMS微陀螺

说明书

本发明公开了一种悬浮转子MEMS微陀螺，包括上定子、下定子、周边结构、转子、径向悬浮电极、轴向悬浮电极、导电环、旋转电极，所述上定子上设置有所述轴向悬浮电极，所述轴向悬浮电极旁边内设置有轴向检测电极对，所述轴向悬浮电极上方设置有连接柱，所述连接柱上方设置有所述导电环。有益效果在于：本发明利用电荷驰豫，通过定子表面旋转电压行波，在转子上感应出滞后的电压行波，进而带动转子恒高速转动，不需要转速检测既可以实现转子恒高速转动，通过悬浮电极实现转子的稳定悬浮，同时能够收集多余动能转化为势能，使动能充分利用，整个器件采用MEMS微加工技术制成，易于实施。具有尺寸小，重量轻，成本低，精度高，低功耗的特点。

技术领域

本发明涉及MEMS微陀螺技术领域，特别是涉及一种悬浮转子MEMS微陀螺。

背景技术

MEMS器件具有微小化、低成本、低能耗、可批量化的特点，近年来，各国的学者、工程师尝试设计和制造悬浮转子MEMS微陀螺。

微机械陀螺是MEMS(微机电系统)技术和陀螺技术相结合的产物，有振动式和悬浮转子式两大类。振动式微陀螺利用哥氏效应工作，尺寸在几个毫米以内，振动式微陀螺的检测质量与衬底通过机械结构相连，其本身的局限性及微加工中的一些困难，漂移精度处于中低精度水平。悬浮转子微陀螺利用电磁力或静电力使检测微转子与衬底分开，其漂移精度能够可达到惯性级水平。

目前一些MEMS微陀螺会在转动过程中会浪费能耗，并且悬浮不稳定。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种悬浮转子MEMS微陀螺。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种悬浮转子MEMS微陀螺，包括上定子、下定子、周边结构、转子、径向悬浮电极、轴向悬浮电极、导电环、旋转电极，所述上定子上设置有所述轴向悬浮电极，所述轴向悬浮电极旁边内设置有轴向检测电极对，所述轴向悬浮电极上方设置有连接柱，所述连接柱上方设置有所述导电环，所述导电环内侧设置有所述旋转电极，所述上定子下方设置有所述转子，所述转子上设置有动能回收器，所述动能回收器下方设置有电荷驰豫层，所述电荷驰豫层下方设置有绝缘层，所述绝缘层下方设置有支撑层，所述支撑层下方设置有所述绝缘层，所述绝缘层下方设置有电荷驰豫层，所述转子外侧设置有所述周边结构，所述周边结构上设置有所述径向悬浮电极，所述径向悬浮电极旁边设置有径向检测电极对，所述转子下方设置有所述下定子。

上述结构中，据所述上定子与所述下定子之间电容检测获得的所述转子轴向位置，通过在所述轴向悬浮电极上施加电压，利用所述轴向悬浮电极和所述转子之间静电力，实现所述转子轴向悬浮，利用所述周边结构的所述径向检测电极对测量和所述转子之间的电容获得所述转子的径向位置，通过所述径向悬浮电极施加电压，实现转子径向悬浮，在所述旋转电极上施加时序电压脉冲，在所述定子表面形成旋转电压行波，由于电荷驰豫作用，所述电荷驰豫层感应出滞后的电压行波，进而带动所述转子恒高速转动，轴向位置检测是通过提取上下定子所述轴向检测电极与所述转子之间的电容值来实现的，所述动能回收器通过内部的动能吸收结构，将多余动能转化为势能，再释放出来，供给所述转子转动使用，节省能耗，本发明的力矩施加是通过上下定子的所述悬浮电极的电压施加来实现的。

为了进一步提高所述一种悬浮转子MEMS微陀螺的使用功能，所述上定子与所述转子通过电荷静电力相连接，所述下定子与所述转子通过电荷静电力相连接，所述转子与所述周边结构通过电荷静电力相连接。

为了进一步提高所述一种悬浮转子MEMS微陀螺的使用功能，所述动能回收器与所述电荷驰豫层相粘接，所述电荷驰豫层与绝缘层相粘接。

为了进一步提高所述一种悬浮转子MEMS微陀螺的使用功能，所述绝缘层与所述支撑层相粘接，所述电荷驰豫层采用具有电荷驰豫作用的注硼掺杂多晶硅材料；所述绝缘层采用SiO2绝缘材料；所述支撑层采用强度较好及适合微细加工的Si材料。