[发明专利]一种基于互电容原理的MEMS液体陀螺仪

说明书

一种基于互电容原理的MEMS液体陀螺仪，包括上基板、中间基板以及下基板，中间基板与上基板通过UV胶黏剂进行封装，中间基板通过MEMS工艺与下基板封装；下基板的上表面中部设有环形电容，环形电容的外圈设有阵列柱状疏水结构，阵列柱状疏水结构的外圈设有环形阵列电容，环形阵列电容和环形电容与金属引线板相连；中间基板上设有贯通的环形沟槽通道，环形沟槽通道位于阵列柱状疏水结构上方，环形沟槽通道内设有水银液滴；通过水银液滴在环形沟槽通道内滚动，使环形阵列电容上的电容和环形电容之间的互电容发生改变，从而输出角度等信号，本发明提高了信号的准确性，结合MEMS工艺，使得传感器具有体积小、质量轻、成本低等优点。

技术领域

本发明属于陀螺仪传感器技术领域，具体涉及一种基于互电容原理的MEMS液体陀螺仪。

背景技术

陀螺仪传感器能够有效地测量加速度、角度等物理量，因此在航空航天，惯性导航以及手机等电子器械中应用十分广泛。传统的陀螺仪传感器多采用振动机械结构作为敏感元件，这类型的传感器在工作过程中，固体梁等机械结构之间会发生相互运动，造成结构内部的磨损，极大的减少了传感器的使用寿命以及测量精度；同时，传统陀螺仪传感器多采用机加工来实现转子，内、外框架，以及附件等的制造，这种加工手段往往难以得到结构复杂、精度较高的传感器，并且无法实现大规模批量化的生产。结构较大的机械式陀螺仪传感器也无法满足目前日益发展的微机电系统领域，诸如手机内部的导航等都需要体积小，质量轻的新型传感器。

采用振动机械结构作为敏感元件的陀螺仪传感器，存在的最大缺点就是机构复杂，振子的振动频率受环境的过载和冲击影响过大，不适用于较大冲击环境。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明目的在于提供一种基于互电容原理的MEMS液体陀螺仪，极大的提高了信号的准确性，结合MEMS工艺，使得陀螺仪具有体积小、质量轻、成本低等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于互电容原理的MEMS液体陀螺仪，包括上基板1、中间基板2以及下基板3，中间基板2与上基板1通过UV胶黏剂进行封装，中间基板2通过MEMS工艺与下基板3封装；下基板3的上表面中部设有环形电容6，环形电容6的外圈设有阵列柱状疏水结构7-2，阵列柱状疏水结构7-2的外圈设有环形阵列电容5，环形阵列电容5和环形电容6与金属引线板8连接；中间基板2上设有贯通的环形沟槽通道4，环形沟槽通道4位于阵列柱状疏水结构7-2上方，环形沟槽通道4的沟槽内壁有经过处理的疏水层7-1，环形沟槽通道4内设有水银液滴9。

所述的中间基板2的平面尺寸小于下基板3的平面尺寸，且处于下基板3的中间位置，中间基板2将下基板3的四周暴露出来，金属引线板8排列于暴露的区域；上基板1的平面尺寸与中间基板2的平面尺寸相同，且封装时上基板1与中间基板2四周对齐。

所述的上基板1采用玻璃材料。

所述的中间基板2采用SU-8光刻胶材料，采用MEMS光刻工艺及等离子体去胶工艺制作贯通的环形沟槽通道4以及疏水层7-1。

所述的下基板3采用单晶硅材料，采用MEMS工艺制作环形阵列电容5以及环形电容6，环形电容5以及环形电容6采用合金材料；金属引线板8采用金材料。

所述的水银液滴9的直径略小于中间基板2上的贯通的环形沟槽通道4的宽度和高度。

本发明的有益效果为：

1、采用三层结构，当外界输入角度加速度等信号，水银液滴9会在环形沟槽通道4内滚动，位置改变，当水银液滴9运动到靠近环形阵列电容5其中的任意一个电容a时，环形阵列电容5上的电容a和环形电容6之间的互电容发生改变，从而输出角度，加速度等信号，采用水银液滴9作为敏感元件能够避免传统机械式陀螺仪内部的固体结构连接处的较大摩擦，极大提升了传感器的使用寿命及精度；