[发明专利]基于重力梯度测量的面内式MEMS隧穿姿态敏感器

权利要求书

1.一种基于重力梯度测量的面内式MEMS隧穿姿态敏感器，其特征在于，所述面内式MEMS隧穿姿态敏感器由敏感模块(5) 、斧形针尖(6) 、可动电极模块(7) 组成；其中斧形针尖(6)与敏感模块(5)的下表面接触；斧形针尖(6)垂直插入可动电极模块(7)中心的连接针尖结构(71)，并相互绝缘；敏感模块(5)竖直悬挂于传感器支架(4)方框的顶面上；所述斧形针尖(6)固定在传感器支架(4)方框的底面，可动电极模块(7)置于传感器支架(4)方框的底面；位于斧形针尖(6)上方，构成隧穿式微小位移检测模块；并整体通过传感器支架(4)放置于隔离罩(3)内；敏感模块(5)连接到E₁直流电源(1)的正极，E₁直流电源(1)的负极与斧形针尖(6)连接；可动电极模块(7)的上下驱动疏齿分别连接到E₂直流电源(2)的正负级；然后隔离罩(3)固定在地面单轴转台(9)上面，地面单轴转台(9)的中央固定转动轴(8)，地面单轴转台(9)绕转动轴(8)转动，形成重力梯度测量系统；其中地面单轴转台是一台地面模拟卫星转动的平台，型号是SGT-3。

2.根据权利要求1所述的基于重力梯度测量的面内式MEMS隧穿姿态敏感器，其特征在于，所述敏感模块的质量块(52)固定在柔性梁(51)两侧，使得柔性梁(51)纵向轴线与重力方向平行，组成敏感模块；敏感模块(5)、斧形针尖(6)与可动电极模块(7)通过MEMS工艺实现一体化加工，并放置在传感器支架(4)上。

3.根据权利要求1所述的基于重力梯度测量的面内式MEMS隧穿姿态敏感器，其特征在于，所述可动电极模块为驱动梳齿(72)和反馈梳齿(73)平行固定于连接针尖结构(71)上，四支撑梁(74)平行固定在驱动梳齿(72)和反馈梳齿(73)之间。

4.一种权利要求1所述的基于重力梯度测量的面内式MEMS隧穿姿态敏感器的姿态获取测量方法，其特征在于，首先通过E₂直流电源(2)对可动电极模块(7)加工作电压，连接针尖结构(71)向上移动，带动斧形针尖(6)向敏感模块(5)的下表面移动，逐渐减小敏感模块(5)下表面与斧形针尖(6)间的距离，直至达到稳定的静态隧道电流，隧道电流阈值设为2nA；当敏感模块(5)倾角随着地面单轴转台(9)发生改变时，重力梯度差异会使得质量块(52)的纵向轴线修正到垂线方向，即导致柔性梁(51)弯曲并随着旋转角的增大得到一个恢复力矩，该恢复力矩使得扭摆结构的两端产生一段纳米级位移；同时，该位移的改变引起隧道电流的指数级变化；通过调整具有隧穿效应的E₁直流电源(1)的电压保持隧道电流稳定不变，将此时的电压值带入标定表中进行计算，以求出目标旋转的角度值。