1.一種內(nèi)分立外環(huán)形的雙電極分布式微陀螺儀,其特征在于,包括:?jiǎn)尉Ч杌住⒅行墓潭ㄖ沃?、微型諧振子、外電極、內(nèi)電極和玻璃基底;其中:
所述外電極,設(shè)置在微型諧振子的外圍,并且該電極呈環(huán)形一體式,構(gòu)成一環(huán)形一體式外電極,同時(shí)所述外電極設(shè)置于所述單晶硅基底的表面或者玻璃基底的表面;
所述內(nèi)電極為多個(gè),多個(gè)內(nèi)電極均勻分布在微型諧振子的內(nèi)側(cè),構(gòu)成均勻分布式內(nèi)電極,同時(shí)所述內(nèi)電極設(shè)置于所述單晶硅基底的表面或者玻璃基底的表面;
所述中心固定支撐柱的一端與所述單晶硅基底連接,所述中心固定支撐柱的另一端與所述微型諧振子連接;所述單晶硅基底與所述玻璃基底鍵合;
所述微型諧振子作為微陀螺儀的振動(dòng)體,所述外電極和所述內(nèi)電極用于所述微陀螺儀的驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)及控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)分立外環(huán)形的雙電極分布式微陀螺儀,其特征在于,所述微陀螺儀工作在角速率模式下時(shí),施加交流驅(qū)動(dòng)信號(hào),在所述微型諧振子上施加直流偏置信號(hào),環(huán)形一體化外電極通過(guò)靜電力使所述微型諧振子工作在所需的驅(qū)動(dòng)模態(tài)下,驅(qū)動(dòng)模態(tài)的振動(dòng)幅值和頻率保持不變;當(dāng)垂直于單晶硅基底方向存在外加角速度時(shí),檢測(cè)模態(tài)的振動(dòng)幅值會(huì)發(fā)生變化,該振動(dòng)幅值的大小與外加角速度的大小成正比,同時(shí)引起所述環(huán)形一體化外電極與所述微型諧振子之間的電容發(fā)生變化;通過(guò)采集所述環(huán)形一體化外電極上的信號(hào)變化計(jì)算檢測(cè)模態(tài)振動(dòng)幅值的大小,進(jìn)而計(jì)算外加角速度的大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種內(nèi)分立外環(huán)形的雙電極分布式微陀螺儀,其特征在于,所述微陀螺儀采集所述均勻分布式內(nèi)電極上的信號(hào)變化計(jì)算檢測(cè)模態(tài)振動(dòng)幅值的大小,進(jìn)而計(jì)算外加角速度的大小,從而減小所述均勻分布式外電極之間的寄生電容,提高檢測(cè)精度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種內(nèi)分立外環(huán)形的雙電極分布式微陀螺儀,其特征在于,所述微陀螺儀在所述均勻分布式內(nèi)電極上施加交流驅(qū)動(dòng)信號(hào),并在所述環(huán)形一體化外電極或所述均勻分布式內(nèi)電極上采集檢測(cè)信號(hào),提供不同的驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)及控制方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種內(nèi)分立外環(huán)形的雙電極分布式微陀螺儀,其特征在于,通過(guò)所述均勻分布式內(nèi)電極上的信號(hào)變化判斷所述陀螺儀的工作狀態(tài),在非正常工作狀態(tài)下,通過(guò)控制算法在所述均勻分布式內(nèi)電極上施加控制信號(hào),可調(diào)節(jié)所述微陀螺儀的工作狀態(tài),從而使所述微陀螺儀正常工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種內(nèi)分立外環(huán)形的雙電極分布式微陀螺儀,其特征在于,所述微陀螺儀能工作在力平衡模式和全角度模式下,力平衡模式能直接檢測(cè)外加角速度的大小,全角度模式能直接檢測(cè)外加旋轉(zhuǎn)角度的大小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的一種內(nèi)分立外環(huán)形的雙電極分布式微陀螺儀,其特征在于,所述外電極和所述內(nèi)電極的材料為硼離子或磷離子摻雜硅或者為金屬鎳;當(dāng)外電極或者內(nèi)電極位于單晶硅基底上時(shí),材料為硼離子或磷離子摻雜硅;當(dāng)外電極或者內(nèi)電極位于玻璃基底上時(shí),材料為金屬鎳。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的一種內(nèi)分立外環(huán)形的雙電極分布式微陀螺儀,其特征在于,所述單晶硅基底和玻璃基底的材料為高阻硅或者二氧化硅的高阻材料,高阻硅材料用于減小外電極與內(nèi)電極之間的信號(hào)干擾。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的一種內(nèi)分立外環(huán)形的雙電極分布式微陀螺儀,其特征在于,所述中心固定支撐柱的材料為高阻硅或者二氧化硅;
所述微型諧振子的材料為摻雜金剛石或摻雜多晶硅。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的內(nèi)分立外環(huán)形的雙電極分布式微陀螺儀的制備方法,其特征在于,包括如下步驟:
第一步、對(duì)單晶硅基底和玻璃基底進(jìn)行清洗、涂膠、光刻、顯影、硼離子注入、濺射、去膠工藝,在單晶硅基底上得到硼離子或磷離子摻雜硅材料的內(nèi)電極或外電極;
第二步、在單晶硅基底上進(jìn)行涂膠、光刻、顯影、硅的各向同性刻蝕、去膠,以在單晶硅基底上得到微型諧振子形狀對(duì)應(yīng)的凹槽;
第三步、在單晶硅基底上沉積二氧化硅,為制作微型諧振子及內(nèi)電極或外電極間隙提供犧牲層;
第四步、在單晶硅基底上沉積摻雜金剛石或摻雜多晶硅,并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光,以制作微型諧振子;
第五步、在第四步的基礎(chǔ)上利用BOE溶液刻蝕二氧化硅犧牲層并控制刻蝕時(shí)間,以釋放微型諧振子,并將殘余部分作為中心固定支撐柱;
第六步、在玻璃基底上進(jìn)行涂膠、光刻、顯影、電鍍鎳、去膠,以制作金屬鎳材料的內(nèi)電極或外電極;
第七步、倒置玻璃基底,并與單晶硅基底進(jìn)行鍵合,使玻璃基底的中心部分與單晶硅基底的中心固定支撐柱的中心對(duì)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)兩個(gè)基底固定,從而得到內(nèi)分立外環(huán)形的雙電極分布式微陀螺儀。