為本發(fā)明一較優(yōu)實施例中微型半球形諧振子在工作模態(tài)下的振動圖；
[0037]圖中:I為單晶硅基底，2為微型半球形諧振子，3為圓柱形支撐柱，4為均勻分布式平面線圈，5為均勾分布式永磁體，6為凹形支架。
【具體實施方式】
[0038]下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0039]實施例1
[0040]如圖2(a)-圖2(d)所示，本實施例提供一種面外電磁式半球形微陀螺儀，包括:
[0041]一個設有半球形凹槽的單晶硅基底I ;
[0042]一個微型半球形諧振子2 ;
[0043]一個圓柱形支撐柱3 ；
[0044]八個均勻分布式平面線圈4 ；
[0045]八個均勻分布式永磁體5 ；
[0046]一個設有圓形凹槽的凹形支架6 ;
[0047]其中:設有半球形凹槽的表面為所述單晶硅基底I的上表面，相反面為下表面；設有圓形凹槽的表面為所述凹形支架的下表面，相反面為上表面；所述圓柱形支撐柱3的上端與所述微型半球形諧振子2相連，下端與所述單晶硅基底I相連；所述圓柱形支撐柱3和所述微型半球形諧振子2位于所述單晶硅基底I的半球形凹槽內；八個平面線圈4均勻地分布于所述微型半球形諧振子2的上表面；八個永磁體5均勻地布置在所述凹形支架6的凹槽內，位于平面線圈4的正上方，不同永磁體5與其正下方平面線圈4的距離相同；所述凹形支架6的下表面與所述單晶硅基底I的上表面相連；所述單晶硅基底I的半球形凹槽、所述微型半球形諧振子2、所述圓柱形支撐柱3、所述平面線圈4、所述永磁體5以及所述凹形支架6的中心對稱軸重合。
[0048]作為一個優(yōu)選，所述單晶硅基底I的中心設有一半球形凹槽，為制作所述微型半球形諧振子2提供半球形模具，同時保護所述微型半球形諧振子2不被破壞。
[0049]作為一個優(yōu)選，所述圓柱形支撐柱3的材料為玻璃或陶瓷，位于所述單晶硅基底I的半球形凹槽底部，為所述微型半球形諧振子2提供支撐。
[0050]作為一個優(yōu)選，所述微型半球形諧振子2為實心半球體，材料與所述圓柱形支撐柱3的材料相同，位于所述單晶硅基底I的半球形凹槽內，是所述面外電磁式半球形微陀螺儀的主要振動結構，用于敏感外界角速度。
[0051]作為一個優(yōu)選，所述平面線圈4可分為上下兩層，下層為在所述微型半球形諧振子2上表面濺射的鉻、銅種子層，上層為在種子層上表面電鍍的金屬鎳，上下兩層的形狀相同，共同組成所述平面線圈4。所述平面線圈4均勻分布于所述微型半球形諧振子2的上表面，不同平面線圈的形狀、大小相同，均為繞制多圈后形成的扇形。單個平面線圈兩兩圈層之間相互平行，相鄰圈層之間的間距相同，不同圈層的線圈寬度相同。
[0052]作為一個優(yōu)選，所述永磁體5的材料為磁化釤鈷，部分永磁體的極性垂直指向所述微型半球形諧振子，其余部分永磁體的極性垂直指向所述凹形支架底部，相鄰永磁體的極性均相反。所述永磁體5均勻分布于所述平面線圈的正上方，不同永磁體與其正下方平面線圈的距離相同。所述永磁體5與所述平面線圈4的外圍輪廓形狀、外圍輪廓大小相同。
[0053]作為一個優(yōu)選，所述凹形支架6的材料為電工鋼，呈圓形結構，其下表面與所述單晶硅基底I相連，位于所述微型半球形諧振子2的外側。所述凹形支架6的凹槽底部與所述永磁體5的上表面相連，為所述永磁體5提供支撐和固定。
[0054]如圖3(a)和圖3(b)所示，通過有限元分析方法得到本實施例提供的面外電磁式半球形微陀螺儀的驅動模態(tài)和檢測模態(tài)的振動圖，當面外電磁式半球形微陀螺儀工作在圖3(a)所示的驅動模態(tài)時，在外加角速度(垂直于基體的方向)的作用下，會引起如圖3(b)所示的檢測模態(tài)，該檢測模態(tài)的振動幅值與外加角速度的大小成正比。驅動模態(tài)和檢測模態(tài)均有較大的面外振動位移，驅動模態(tài)將面外驅動力轉化成面外振動位移，檢測模態(tài)將面外振動位移轉化成面外檢測力。驅動模態(tài)和檢測模態(tài)的振動頻率相同，都在兆赫茲級別，比常規(guī)的半球殼式諧振陀螺儀的振動頻率高一至兩個數量級，可以有效減小環(huán)境噪聲、機械噪聲等因素的影響，提高微陀螺儀的陀螺性能。
[0055]本實施例中，所述平面線圈4可用于所述微型半球形諧振子2的驅動和檢測，用于驅動的平面線圈稱為驅動線圈，用于檢測的平面線圈稱為檢測線圈。所述微陀螺儀可工作在角速率模式下，在所述驅動線圈上施加交流驅動信號，從而在驅動線圈周圍產生變化的磁場，該磁場與驅動線圈正上方的釤鈷永磁體產生面外的相互作用力，驅使所述微型半球諧振子2進行振動，振動頻率由驅動線圈中交變信號的頻率決定。當所述微型半球諧振子的振動頻率與其驅動模態(tài)頻率相同時，諧振子滿足工作條件，此時所述諧振子2有較大的面內振動位移。當垂直于基體方向存在外加角速度時，科氏效應將引起檢測模態(tài)的面內振動位移和面外振動位移發(fā)生變化，其中面外振動位移的大小與外加角速度的大小成正比。所述諧振子的振動將帶動檢測線圈發(fā)生運動，從而切割由檢測線圈正上方的永磁體產生的磁場并產生交變檢測信號。通過采集該檢測信號可以計算檢測模態(tài)面外振動位移的大小，進而計算外加角速度的大小。
[0056]實施例2
[0057]如圖1 (a)_圖1 (k)所示，本實施例提供面外電磁式半球形微陀螺儀的制備方法，包括如下步驟:
[0058]第一步、如圖1(a)所示，清洗所述單晶硅基底1，生長氮化硅層，通過涂膠、光刻、顯影、RIE刻蝕、去膠等步驟在氮化硅層上開圓形口，通過HNA刻蝕、熱磷酸腐蝕等步驟在所述單晶娃基底I上制備半球形凹槽，半球形凹槽半徑為350-650 μπι ；
[0059]第二步、如圖1(b)所示，在第一步的基礎上熱氧化生長二氧化硅層，通過涂膠、光亥Ij、顯影、刻蝕、去膠等步驟在二氧化硅層底部開圓形口，形成帶缺口的犧牲層，為制作所述圓柱形支撐柱3和所述微型半球形諧振子2提供基礎；在所述單晶硅基底上沉積厚度為1-10 μm 二氧化娃犧牲層，所述圓形開口的半徑為20-50 μπι ；
[0060]第三步、如圖1(c)所示，在第二步的基礎上熔融玻璃或燒結陶瓷，將半球形凹槽以外的部分通過磨削或減薄等技術去除，制備所述圓柱形支撐柱3和所述微型半球形諧振子2 ；
[0061]第四步、如圖1(d)所示，在第三步的基礎上濺射鉻、銅種子層，為后續(xù)的電鍍工藝提供導電基底；所述絡、銅種子層的厚度為30nm-300nm ；
[0062]第五步、如圖1(e)所示，在第四步的基礎上通過涂膠、光刻、顯影、電鍍金屬鎳、離子束刻蝕等工藝制作所述平面線圈4 ;所述電鍍金屬鎳的厚度為I μπι-20 μ m，所述扇形平面線圈的張角為35度；
[0063]第六步、如圖1 (f)所示，在第五步的基礎上利用BHF溶液對二氧化娃犧牲層結構進行腐蝕，從所述單晶硅基底I上釋放所述微型半球形諧振子2 ;
[0064]第七步、如圖1(g)所示，準備未磁化的釤鈷永磁體毛坯材料，利用電火花技術將其加工成薄板狀，并通過拋光技術將薄板兩面進行拋光；
[0065]第八步、如圖1 (h)所示，在第七步的基礎上利用激光加工將釤鈷永磁體薄板分割成所需的扇形；所述扇形釤鈷永磁體的厚度為50 μ m-500 μ m，扇形張角為35度；
[0066]第九步、如圖1 (i)所示，在第八步的基礎上將分割后的扇形釤鈷永磁體進行磁化，極性方向垂直于薄板的上下表面；
[0067]第十步、如圖l(j)所示，利用機械加工的方式將電工鋼材料制成所述凹形支架，將第九步得到的磁化釤鈷永磁體5固定在所述凹形支架6的凹槽底部，相鄰永磁體的極性方向相反；
[0068]第十一步