上下擺動(位于上玻璃蓋板1、下玻璃蓋板2之間擺動的方向）。 [0036]如圖5所示，本實施例中應力釋放框架31的兩側(cè)設有錨點311，上玻璃蓋板1、下玻 璃蓋板2的兩側(cè)均設有凸臺11，錨點311和凸臺11之間通過陽極鍵合相連。
[0037]本實施例中，主梁32上設有兩組質(zhì)量塊33。毫無疑問，本領域技術人員也可以根據(jù) 需要采用更多的偶數(shù)組質(zhì)量塊33,例如四組、六組等。此外，在劣化程度能夠接受的情況下， 也可以根據(jù)需要采用奇數(shù)組質(zhì)量塊33,當采用奇數(shù)組質(zhì)量塊33時，由于硅敏感結(jié)構(gòu)3會形成 非對稱結(jié)構(gòu)，因此會導致其檢測精度降低。
[0038]本實施例中，主梁32的橫截面為矩形。
[0039] 如圖6、圖7、圖8和圖9所示，每組金屬電極4包括檢測電極41和驅(qū)動電極42，檢測電 極41包括正檢測電極411和負檢測電極412,每組質(zhì)量塊33中的一個質(zhì)量塊33位于上玻璃蓋 板1上對應的正檢測電極411、下玻璃蓋板2上對應的正檢測電極411之間、另一個質(zhì)量塊33 位于上玻璃蓋板1上對應的負檢測電極412、下玻璃蓋板2上對應的負檢測電極412之間；質(zhì) 量塊33上刻蝕有呈圓周排列的多個長孔332,多個長孔332位于上玻璃蓋板1上對應的驅(qū)動 電極42、下玻璃蓋板2上對應的驅(qū)動電極42之間，驅(qū)動電極42包括正驅(qū)動電極421和負驅(qū)動 電極422,正驅(qū)動電極421和負驅(qū)動電極422均設有均勻布置的多根齒條，且正驅(qū)動電極421 的齒條、負驅(qū)動電極422的齒條之間交錯布置且保留有間隙。由于硅敏感結(jié)構(gòu)3布置于上玻 璃蓋板1、下玻璃蓋板2之間形成三層結(jié)構(gòu)，使得硅敏感結(jié)構(gòu)3與金屬電極4構(gòu)成平行板電容。 在此基礎上，由于正驅(qū)動電極421和負驅(qū)動電極422均設有均勻布置的多根齒條，且正驅(qū)動 電極421的齒條、負驅(qū)動電極422的齒條之間交錯布置且保留有間隙，使得正驅(qū)動電極421和 負驅(qū)動電極422與長孔332平行相對并錯開一定的距離，正驅(qū)動電極421和負驅(qū)動電極422能 夠形成對質(zhì)量塊33的切向靜電力，以驅(qū)動硅敏感結(jié)構(gòu)3水平振動；同時，由于每組質(zhì)量塊33 中的一個質(zhì)量塊33位于上玻璃蓋板1上對應的正檢測電極411、下玻璃蓋板2上對應的正檢 測電極411之間、另一個質(zhì)量塊33位于上玻璃蓋板1上對應的負檢測電極412、下玻璃蓋板2 上對應的負檢測電極412之間，使得質(zhì)量塊33能夠檢測硅敏感結(jié)構(gòu)3在垂直方向的振動，通 過平行板電容的電容變化來檢測得到振動的角速度。
[0040] 如圖5所示，本實施例中長孔332為扇形孔，通過扇形孔結(jié)構(gòu)的長孔332,使得呈圓 周排列的多個長孔332形成的切向靜電力強度更好，使得本實施例的驅(qū)動性能更好。本實施 例中，長孔332的扇形孔結(jié)構(gòu)具體是通過干法刻蝕得到的。
[0041 ]參見圖10,驅(qū)動模態(tài)為質(zhì)量塊33的水平振動，檢測模態(tài)為質(zhì)量塊33的上下振動。當 正驅(qū)動電極421、負驅(qū)動電極422上所施加的驅(qū)動電壓分別如式(3)所示；
[0042]
(3)
[0043] 式（3)中，Vd+表示正驅(qū)動電極421上施加的驅(qū)動電壓，Vd-表示負驅(qū)動電極422上施 加的驅(qū)動電壓，Vd。表示直流分量，Va。表示交流分量。
[0044]在這種情況下，兩個電極所產(chǎn)生的切向靜電力分別如式(4)所示；
[0045]
(4)
[0046] 式(4)中，F(xiàn)d+表示正驅(qū)動電極產(chǎn)生靜電力大小，F(xiàn)d-表示負驅(qū)動電極產(chǎn)生靜電力大 小，ε表示介電常數(shù)，r表示扇形孔36的長度，d表示電容間隙，Vd+表示正驅(qū)動電極421上施加 的驅(qū)動電壓，Vd-表示負驅(qū)動電極422上施加的驅(qū)動電壓。
[0047]因此，單個質(zhì)量塊33所受到的切向靜電力的合力如式(5)所示；
[0048]
(5)
[0049]式(5)中，F(xiàn)d表示單個質(zhì)量塊33所受到的切向靜電力的合力，F(xiàn)d+表示正驅(qū)動電極產(chǎn) 生靜電力大小，F(xiàn)d-表不負驅(qū)動電極產(chǎn)生靜電力大小，N表不電極對數(shù)，ε表不介電常數(shù)，Vdc表 示直流分量，Va。表示交流分量，d表示電容間隙。結(jié)合式(5)可知，本實施例利用靜電力的切 向效應來激勵出陀螺的驅(qū)動模態(tài)，驅(qū)動模態(tài)為質(zhì)量塊33的水平振動，不會產(chǎn)生法向位移，這 樣電容極板間的間隙便不受驅(qū)動模態(tài)振動的影響，同時將結(jié)構(gòu)做成"三明治"的三層結(jié)構(gòu)， 增強了結(jié)構(gòu)對稱性，能有效降低法向靜電力對陀螺的影響。
[0050]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施 例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域 的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也 應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種基于切向靜電力驅(qū)動的三層結(jié)構(gòu)硅微陀螺，其特征在于:包括上玻璃蓋板（1)、 下玻璃蓋板(2)及采用低電阻率硅制成的硅敏感結(jié)構(gòu)（3)，所述硅敏感結(jié)構(gòu)(3)布置于上玻 璃蓋板（1)、下玻璃蓋板（2)之間形成三層結(jié)構(gòu)，所述硅敏感結(jié)構(gòu)（3)包括應力釋放框架 (31)，所述應力釋放框架（31)的中部設有主梁（32)，所述主梁（32)上設有偶數(shù)組質(zhì)量塊 (33)，每組質(zhì)量塊(33)包括相對主梁(32)對稱布置的兩個質(zhì)量塊(33)，所述質(zhì)量塊(33)分 別通過支撐梁(331)和主梁(32)相連，所述上玻璃蓋板(1)、下玻璃蓋板(2)上均設有偶數(shù)組 金屬電極(4)，一組金屬電極(4)和一組質(zhì)量塊(33)--對應，且每組質(zhì)量塊(33)位于上玻 璃蓋板(1)上對應的金屬電極(4)、下玻璃蓋板(2)上對應的金屬電極(4)之間。2. 根據(jù)權利要求1所述的基于切向靜電力驅(qū)動的三層結(jié)構(gòu)硅微陀螺，其特征在于:每組 金屬電極(4)包括檢測電極(41)和驅(qū)動電極(42)，所述檢測電極(41)包括正檢測電極(411) 和負檢測電極(412)，每組質(zhì)量塊(33)中的一個質(zhì)量塊(33)位于上玻璃蓋板(1)上對應的正 檢測電極(411)、下玻璃蓋板(2)上對應的正檢測電極(411)之間、另一個質(zhì)量塊(33)位于上 玻璃蓋板（1)上對應的負檢測電極(412 )、下玻璃蓋板(2)上對應的負檢測電極(412)之間； 所述質(zhì)量塊(33)上刻蝕有呈圓周排列的多個長孔(332)，所述多個長孔(332)位于上玻璃蓋 板（1)上對應的驅(qū)動電極(42)、下玻璃蓋板(2)上對應的驅(qū)動電極(42)之間，所述驅(qū)動電極 (42)包括正驅(qū)動電極(421)和負驅(qū)動電極(422 )，所述正驅(qū)動電極(421)和負驅(qū)動電極(422) 均設有均勻布置的多根齒條，且所述正驅(qū)動電極(421)的齒條、負驅(qū)動電極(422)的齒條之 間交錯布置且保留有間隙。3. 根據(jù)權利要求2所述的基于切向靜電力驅(qū)動的三層結(jié)構(gòu)硅微陀螺，其特征在于:所述 長孔(332)為扇形孔。4. 根據(jù)權利要求3所述的基于切向靜電力驅(qū)動的三層結(jié)構(gòu)硅微陀螺，其特征在于:所述 主梁(32)上設有兩組質(zhì)量塊(33)。5. 根據(jù)權利要求4所述的基于切向靜電力驅(qū)動的三層結(jié)構(gòu)硅微陀螺，其特征在于:所述 應力釋放框架(31)的兩側(cè)設有錨點(311)，所述上玻璃蓋板(1)、下玻璃蓋板(2)的兩側(cè)均設 有凸臺（11)，所述錨點（311)和凸臺（11)之間通過陽極鍵合相連。6. 根據(jù)權利要求5所述的基于切向靜電力驅(qū)動的三層結(jié)構(gòu)硅微陀螺，其特征在于:所述 主梁(32)的橫截面為矩形。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于切向靜電力驅(qū)動的三層結(jié)構(gòu)硅微陀螺，包括上玻璃蓋板、下玻璃蓋板及采用低電阻率硅制成的硅敏感結(jié)構(gòu)，硅敏感結(jié)構(gòu)布置于上玻璃蓋板、下玻璃蓋板之間，硅敏感結(jié)構(gòu)的應力釋放框架的中部設有主梁，主梁上設有偶數(shù)組質(zhì)量塊，每組質(zhì)量塊包括相對主梁對稱布置的兩個質(zhì)量塊，質(zhì)量塊分別通過支撐梁和主梁相連，上玻璃蓋板、下玻璃蓋板上均設有偶數(shù)組金屬電極，一組金屬電極和一組質(zhì)量塊一一對應，且每組質(zhì)量塊位于上玻璃蓋板上對應的金屬電極、下玻璃蓋板上對應的金屬電極之間。本發(fā)明具有驅(qū)動振幅不受電容間隙限制、結(jié)構(gòu)對稱性好、受空氣阻尼影響小、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。
【IPC分類】G01C19/56
【公開號】CN105424017
【申請?zhí)枴緾N201610018610
【發(fā)明人】肖定邦, 吳學忠, 李圣怡, 侯占強, 陳志華, 李文印, 王興華, 胡啟俊, 徐強
【申請人】中國人民解放軍國防科學技術大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2016年1月12日