振子是否工作在理想驅(qū)動模態(tài)振型。
[0042]作為一個優(yōu)選，所述檢測電極6、10材料為金屬或摻雜硅PN結(jié)，用于檢測垂直于所述基底上表面方向即z軸方向的角速度引起的所述蜂窩狀諧振子檢測模態(tài)上振動。
[0043]作為一個優(yōu)選，所述平衡電極8、12材料為金屬或摻雜硅PN結(jié)，用于在力平衡工作模式下施加交流電信號，使得所述蜂窩狀諧振子恢復驅(qū)動模態(tài)振型。
[0044]作為一個優(yōu)選，所述驅(qū)動電極5、11，檢測電極6、10，監(jiān)測電極7、9，平衡電極8、12，
它們均通過引線于外圍電路相連，所屬外圍電路采用模擬配合數(shù)字電路方式實現(xiàn)，同時完成所述蜂窩狀固體波動微機械陀螺儀的驅(qū)動，檢測，校正工作，同時可控制所屬蜂窩狀固體波動微機械陀螺儀工作在力平衡狀態(tài)下。
[0045]上述蜂窩狀固體波動微機械陀螺儀的制備方法，采用MEMS仿生微細加工工藝，其諧振子工藝可利用光刻蝕以及氣體刻蝕進行定向刻蝕，電極可利用濺射金屬層進行金屬圖形化形成。最終再進行電極線引出，外圍電路連接以及封裝工作。
[0046]實施例二:
[0047]實施例二與實施例一基本相同，不同之處在于其諧振子結(jié)構(gòu)差異，實施例二采用了蜂窩狀圓盤諧振子。
[0048]參照圖3，本實施例提供一種蜂窩狀半球固體波動微機械陀螺，其包括:
[0049]一個具有上表面4的基底I ;一個置在所述基底上的蜂窩狀圓盤諧振子3 ;位于基底上連接諧振子，起支撐作用的支撐體2 ;以及位于上表面4上蜂窩狀諧振子周圍的驅(qū)動電極5，檢測電極6，監(jiān)測電極7，，監(jiān)測電極9，平衡電極8。
[0050]其中，所述驅(qū)動電極，檢測電極，監(jiān)測電極，平衡電極均為一對，共八個，平均分布于蜂窩狀諧振子周圍的基底上，兩個電極中心之間相隔45° ;電極與蜂窩狀諧振子之間存在間隙，形成差動電容。
[0051]所述蜂窩狀諧振子通過支撐體2引出電極接地，保證電勢為O。
[0052]所述驅(qū)動電極被施加工作模態(tài)的驅(qū)動交流電壓時，由電容效應驅(qū)動蜂窩狀諧振子產(chǎn)生振動，此時蜂窩狀諧振子工作在驅(qū)動模態(tài)下；當存在輸入角速度時，所述蜂窩狀諧振子的振型向檢測模態(tài)轉(zhuǎn)變，此時由于科氏力作用以及差動電容效應，對檢測電極與監(jiān)測電極信號進行檢出解調(diào)，可得到陀螺角速度信號。
[0053]本實施例中，所述蜂窩狀諧振子材料為金屬或摻雜硅PN結(jié)，利用基底上電極與蜂窩狀諧振子形成的電容的間隙變化進行檢測。
[0054]參照圖4，本實施例中，八個電極按功能分為四對，分別為驅(qū)動電極5以及驅(qū)動電極11構(gòu)成的驅(qū)動電極對，檢測電極6以及檢測電極10構(gòu)成的檢測電極對，監(jiān)測電極9以及監(jiān)測電極7構(gòu)成的監(jiān)測電極對，平衡電極12以及平衡電極8構(gòu)成的平衡電極對，圖2中，所述電極對中電極按順時針順序分布為驅(qū)動電極5、檢測電極6、監(jiān)測電極7、平衡電極12、驅(qū)動電極11、檢測電極10、監(jiān)測電極9、平衡電極8，每個電極為對稱的半扇形結(jié)構(gòu)，相鄰每兩個電極中心的夾角為45°。
[0055]本實施例中，所述驅(qū)動電極5、11材料為金屬或摻雜硅PN結(jié)，對所述蜂窩狀諧振子施加交流驅(qū)動信號起振，使其工作在驅(qū)動模態(tài)下。
[0056]本實施例中，所述監(jiān)測電極7、9材料為金屬或摻雜硅PN結(jié)，用于監(jiān)測所述蜂窩狀諧振子是否工作在理想驅(qū)動模態(tài)振型。
[0057]本實施例中，所述檢測電極6、10材料為金屬或摻雜硅PN結(jié)，用于檢測垂直于所述基底上表面方向即z軸方向的角速度引起的所述蜂窩狀諧振子檢測模態(tài)上振動。
[0058]本實施例中，所述平衡電極8、12材料為金屬或摻雜硅PN結(jié)，用于在力平衡工作模式下施加交流電信號，使得所述蜂窩狀諧振子恢復驅(qū)動模態(tài)振型。
[0059]本實施例中，所述驅(qū)動電極5、11，檢測電極6、10，監(jiān)測電極7、9，平衡電極8、12均通過引線于外圍電路相連，所述外圍電路采用模擬配合數(shù)字電路方式實現(xiàn)，同時完成所述蜂窩狀固體波動微機械陀螺儀的驅(qū)動，檢測，校正工作，同時可控制所屬蜂窩狀固體波動微機械陀螺儀工作在力平衡狀態(tài)下。
[0060]本實施例中所述蜂窩狀固體波動微機械陀螺儀的制備方法，采用MEMS微細加工工藝，其諧振子工藝可利用光刻蝕以及氣體刻蝕進行定向刻蝕，電極可利用濺射金屬層進行金屬圖形化形成。最終再進行電極線引出，外圍電路連接以及封裝工作。
[0061]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1.一種蜂窩狀固體波動微機械陀螺儀，其特征在于:包括基底；設置在所述基底上的蜂窩狀諧振子；位于基底上連接諧振子、起支撐作用的支撐體；以及位于蜂窩狀諧振子周圍的驅(qū)動電極、檢測電極、監(jiān)測電極、平衡電極；其中:所述蜂窩狀諧振子內(nèi)部為蜂窩結(jié)構(gòu)，蜂窩的結(jié)構(gòu)單元橫截面為正六角形，相鄰兩個單元共用一個壁，強度、剛度通過調(diào)整蜂窩芯的孔徑、芯柱高度來調(diào)節(jié)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩狀固體波動微機械陀螺儀，其特征在于:所述驅(qū)動電極、檢測電極、監(jiān)測電極、平衡電極平均分布于蜂窩狀諧振子周圍的基底上；電極與蜂窩狀諧振子之間存在間隙，形成差動電容；所述蜂窩狀諧振子通過支撐體引出電極接地，保證電勢為O。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蜂窩狀固體波動微機械陀螺儀，其特征在于:所述驅(qū)動電極被施加工作模態(tài)的驅(qū)動交流電壓時，由電容效應驅(qū)動蜂窩狀諧振子產(chǎn)生振動，此時蜂窩狀諧振子工作在驅(qū)動模態(tài)下；當存在輸入角速度時，所述蜂窩狀諧振子的振型向檢測模態(tài)轉(zhuǎn)變，此時由于科氏力作用以及差動電容效應，對檢測電極與監(jiān)測電極信號進行檢出解調(diào)，得到陀螺角速度信號。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蜂窩狀固體波動微機械陀螺儀，其特征在于:所述驅(qū)動電極、檢測電極、監(jiān)測電極、平衡電極為四對電極，分別為一對驅(qū)動電極、一對檢測電極、一對監(jiān)測電極、一對平衡電極，八個電極按順時針順序分布為:第一個驅(qū)動電極、第一個檢測電極、第一個監(jiān)測電極、第一個平衡電極、第二個驅(qū)動電極、第二個檢測電極、第二個監(jiān)測電極、第二個平衡電極，每個電極為對稱的半扇形結(jié)構(gòu)，每兩個相鄰電極中心的夾角為45°。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的蜂窩狀固體波動微機械陀螺儀，其特征在于:所述驅(qū)動電極材料為金屬或摻雜硅PN結(jié)，對所述蜂窩狀諧振子施加交流驅(qū)動信號起振，使其工作在驅(qū)動模態(tài)下。6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的蜂窩狀固體波動微機械陀螺儀，其特征在于:所述監(jiān)測電極材料為金屬或摻雜硅PN結(jié)，用于監(jiān)測所述蜂窩狀諧振子是否工作在理想驅(qū)動模態(tài)振型。7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的蜂窩狀固體波動微機械陀螺儀，其特征在于:所述檢測電極材料為金屬或摻雜硅PN結(jié)，用于檢測垂直于所述基底上表面方向即z軸方向的角速度引起的所述蜂窩狀諧振子檢測模態(tài)上振動。8.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的蜂窩狀固體波動微機械陀螺儀，其特征在于:所述平衡電極材料為金屬或摻雜硅PN結(jié)，用于在力平衡工作模式下施加交流電信號，使得所述蜂窩狀諧振子恢復驅(qū)動模態(tài)振型。9.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的蜂窩狀固體波動微機械陀螺儀，其特征在于:所述驅(qū)動電極、檢測電極、監(jiān)測電極、平衡電極均通過引線與外圍電路相連，外圍電路采用模擬配合數(shù)字電路方式實現(xiàn)，同時完成所述蜂窩狀固體波動微機械陀螺儀的驅(qū)動、檢測、校正工作，同時控制所述蜂窩狀固體波動微機械陀螺儀工作在力平衡狀態(tài)下。10.如權(quán)利要求1-9任一項所述蜂窩狀固體波動微機械陀螺儀的制備方法，其特征在于:所述陀螺儀采用MEMS仿生微細加工工藝，其諧振子工藝利用光刻蝕以及氣體刻蝕進行定向刻蝕，電極利用濺射金屬層進行金屬圖形化形成，最終再進行電極線引出，外圍電路連接以及封裝工作。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種蜂窩狀固體波動微機械陀螺儀及其制備方法，該陀螺儀包括基底；設置在所述基底上的蜂窩狀諧振子；位于基底上連接諧振子、起支撐作用的支撐體；以及位于蜂窩狀諧振子周圍的驅(qū)動電極、檢測電極、監(jiān)測電極、平衡電極；其中：所述蜂窩狀諧振子內(nèi)部為蜂窩結(jié)構(gòu)，蜂窩的結(jié)構(gòu)單元橫截面為正六角形，相鄰兩個單元共用一個壁，強度、剛度通過調(diào)整蜂窩芯的孔徑、芯柱高度來調(diào)節(jié)。本發(fā)明有著結(jié)構(gòu)簡單、小體積、抗沖擊、重量輕，具有高Q值等優(yōu)點，并且成本較低，適合大批量制備。
【IPC分類】B81C1/00, G01C19/5733, B81B3/00
【公開號】CN104897148
【申請?zhí)枴緾N201510287989
【發(fā)明人】張衛(wèi)平, 孫殿竣, 唐健, 劉亞東, 邢亞亮, 汪濙海, 陳文元
【申請人】上海交通大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月29日