微型单循环气流式Z轴PET角速度传感器制造技术

本申请公开了一种微型单循环气流式Z轴PET角速度传感器，该气流式角速度传感器包括单循环气流式Z轴角速度芯片、PCB电路板、底座、外壳、缓冲硅胶片和引线，其中单循环气流式Z轴角速度芯片包括PET盖板、硅板和PET底座；其中，PET盖板上设置有气流回路；硅板上设置有一对平行敏感热线；PET底座上设置有压电陶瓷振子和气流回路；PET盖板、硅板和PET底座依次连接构成单循环气流式Z轴角速度芯片。本申请的气流式角速度传感器射流敏感室内的热线较长，电阻大，在通以相同热线电流情况下，角速度输出电压大，灵敏度高，实用性强；以气体作为敏感质量，抗高过载、耐强冲击；制作成本低，仅为全硅结构的1/10；采用密闭空间内的单循环气流作为角速度气流敏感体，角速度传感器的稳定性好，角速度传感器灵敏度较大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用哥氏力原理检测运动体角速度姿态参数的
，尤其是涉及一种微型单循环气流式Z轴PET角速度传感器。用于无人机、可穿戴式设备、头盔、智能机器人、摄像机等微型载体的稳定系统。
技术介绍
现有技术中以微机械振动角速度传感器为代表的微型角速度传感器的角速度芯片内一般设置有固体框架或梁，抗冲击振动能力差，而气流式角速度传感器以气体作为敏感质量，结构简单，通过哥氏力使气流敏感体偏转来实现角参数的测量，因此这种微型角速度传感器抗高过载、耐强冲击、成本低。中国专利89105999.7提出的高灵敏度压电射流角速度传感器，它由敏感器件的壳体、喷嘴体、敏感元件、压电泵、泵座、碟簧、锁紧螺母和外部电路系统以及机械系统组成，这种角速度传感器的敏感元件是用铜、铝或不锈钢等材料利用传统机械加工制作，敏感元件体积大，功率高，不能用于微型载体姿态测量和控制领域，它的热线是手工焊接，很难保证热线的平行度和垂直度，因此交叉耦合大，一致性差，很难批量生产，成本高。现有技术中利用MEMS工艺在硅片中腐蚀出气流网络，但是工艺复杂，成本高，不易达到设计要求；且气流网络的尺度通常小于硅片厚度的一半，由于硅片的厚度薄，只有300μm左右，因此气流网络的尺度很小，气体容量少，在相同角速度输入时它受到的惯性小，气流束偏转小，角速度传感器的灵敏度很小；压电泵振子的有效变形面积与气流网络的截面积一致，尺寸小，驱动气体流动的能力弱，气流速度小，角速度传感器灵敏度低。另外，在现有技术中在硅片上制作的气流网络一般是开放式的，开口和进口与外界相同，易受外界环境影响，角速度传感器稳定性差，虽然成本低，但适用条件苛刻，实用性不强。因此，如何克服上述问题成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。
技术实现思路
针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种微型单循环气流式Z轴PET角速度传感器(Z轴角速度传感器是指角速度敏感轴垂直于角速度芯片表面的角速度传感器)，该气流式角速度传感器以气体作为敏感质量，抗高过载、耐强冲击；制作成本低，仅为全硅结构的1/10；射流敏感室内的热线较长，电阻大，在通以相同热线电流情况下，角速度输出电压大，灵敏度高，实用性强；采用密闭空间内的单循环气流作为角速度气流敏感体，角速度传感器的稳定性好，角速度传感器灵敏度较大；循环气流敏感体由一个压电陶瓷振子驱动，结构简单，使用寿命长。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种微型单循环气流式Z轴PET角速度传感器，所述气流式角速度传感器包括由单循环气流式Z轴角速度芯片、PCB电路板、底座、外壳、缓冲硅胶片、引线组成，所述的缓冲硅胶片、单循环气流式Z轴角速度芯片和与其实现电气连接的PCB电路板依次装在底座上，扣上外壳密封，电源和信号经底座上玻璃灌装的引线引出，所述单循环气流式Z轴角速度芯片包括PET盖板、硅板和PET底座；其中，所述PET盖板上设置有气流回路；所述硅板上设置有敏感热线；所述PET底座上设置有压电陶瓷振子和气流回路；PET盖板、硅板和PET底座依次连接构成所述单循环气流式Z轴角速度芯片。进一步，所述PET底座的一侧开设有一圆孔，所述圆孔的边缘设置有高度小于PET底座厚度的台阶，所述压电陶瓷振子粘结在所述台阶上；PET底座的另一侧设置有梯形泵槽和若干个凹槽，所述泵槽的上部与所述圆孔的边缘重合相切，泵槽的底部两端设置有两个排气槽，所述泵槽的底部下方设置有下储气槽，所述下储气槽与所述排气槽连通；排气槽相对于下储气槽的对侧设置有两个长方形的下导流槽，所述导流槽的长度方向为PET底座的长度方向；下导流槽与下储气槽的交汇处设置有两个下进口槽；两个下导流槽的末端设置有两个长方形副槽，所述副槽的长度方向为PET底座的宽度方向；两个副槽相交后沿着PET底座的长度方向开设有中心喷口槽，与所述中心喷口槽连通设置有敏感槽，所述敏感槽的与下储气槽连通。进一步，所述PET盖板的正面与所述PET底座相对应的一侧开有深度一致的凹槽组合，其形状大小及位置完全与PET底座的下储气槽、下导流槽、副槽、敏感槽、下进口槽一致，分别为上储气槽，上导流槽、上副槽和上敏感槽、上进口槽。进一步，所述台阶的厚度为所述PET底座厚度的1/3。进一步，所述下储气槽的深度比所述泵槽的深度浅；所述下导流槽的宽度比下储气槽的宽度大，所述下导流槽的深度与泵槽的深度一致；所述下进口槽的长度与下储气槽的宽度一致；所述副槽的深度与下储气槽的深度一致；所述中心喷口槽的长度与副槽的宽度一致，中心喷口槽的宽度大于其长度，中心喷口槽的深度与下导流槽的深度一致。进一步，所述硅板的长度为PET底座长度的一半，宽度小于PET底座的宽度。进一步，所述硅板上设置有一对敏感热线，用于敏感Z方向的角速度，一对敏感热线均平行设置。敏感Z方向角速度的一对敏感热线分别设置在所述敏感槽上方的硅板上，该对敏感热线的径向与敏感槽长度方向的轴线平行。进一步，所述敏感热线的长度为敏感槽长度的3/4，由高温度系数的金属钨、SiO2和Si构成。进一步，所述一对敏感热线分别作为所述PCB电路板中信号处理电路的惠斯登电桥的两个臂设置。进一步，所述PET盖板和PET底座均采用PET高精度激光切割成型加工工艺制作；所述硅板采用标准的MEMS工艺制作。本专利技术具有以下积极的技术效果：(1)射流敏感室内的热线较长，电阻大，在通以相同热线电流情况下，角速度输出电压大，灵敏度高，实用性强.(2)除了热线以外，均采用成本低且适合做微气流网络的PET薄板制作，成本低，仅为全硅结构的1/10。(4)采用密闭空间内的单循环气流作为角速度气流敏感体，角速度传感器的稳定性好，角速度传感器灵敏度较大。(5)实现了压电泵振子尺寸的最大化，气流网络的横截面是现有技术横截面的5～10倍，气流式角速度传感器灵敏度高。附图说明图1为本申请的微型单循环气流式Z轴PET角速度传感器立体图；图2为本申请的单循环气流式Z轴角速度芯片的拆分状态立体图；图3(a)为本申请的PET底座正面结构示意图；图3(b)为本申请的PET底座反面结构示意图；图4(a)为本申请的PET盖板正面结构示意图；图4(b)为本申请的PET盖板反面结构示意图；图5为本申请的单循环气流式Z轴角速度芯片中硅板的结构示意图；图6为本申请的微型单循环气流式Z轴PET角速度传感器的工作原理图；图7为本申请的PCB板中信号处理电路的结构示意图；图8为本申请的PCB板中惠斯登电桥的结构示意图；图9为本申请的微型单循环气流式Z轴PET角速度传感器灵敏度曲线。图中标号说明：1-单循环气流式Z轴角速度芯片；2-PCB电路板；3-底座；4-外壳；5-缓冲硅胶片；6-引线；7-PMMA盖板；8-硅板；9-PMMA底座；10-压电陶瓷振子；11-圆孔；12-台阶；13-泵槽；14a、14b-排气槽；15-下储气槽；16a、16b-导流槽；17a、17b-下进口槽；18a、18b-副槽；19-中心喷口槽；20-下敏感槽；21-上储气槽；22a、22b-上导流槽；23a、23b-上副槽；24-上敏感槽；25a、25b-上进口槽；26a、26b-排气孔；27-储气孔；28a、28b-导流孔；29a、29b-副孔；30-主孔；31a、31b-进口孔；32-中心喷口孔；33a本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型单循环气流式Z轴PET角速度传感器，所述气流式角速度传感器包括由单循环气流式Z轴角速度芯片、PCB电路板、底座、外壳、缓冲硅胶片、引线组成，所述的缓冲硅胶片、单循环气流式Z轴角速度芯片和与其实现电气连接的PCB电路板依次装在底座上，扣上外壳密封，电源和信号经底座上玻璃灌装的引线引出，所述单循环气流式Z轴角速度芯片包括PET盖板、硅板和PET底座；其中，所述PET盖板上设置有气流回路；所述硅板上设置有三自由度敏感热线；所述PET底座上设置有压电陶瓷振子和气流回路；PET盖板、硅板和PET底座依次连接构成所述单循环气流式Z轴角速度芯片。

【技术特征摘要】
1.一种微型单循环气流式Z轴PET角速度传感器，所述气流式角速度传感器包括由单循环气流式Z轴角速度芯片、PCB电路板、底座、外壳、缓冲硅胶片、引线组成，所述的缓冲硅胶片、单循环气流式Z轴角速度芯片和与其实现电气连接的PCB电路板依次装在底座上，扣上外壳密封，电源和信号经底座上玻璃灌装的引线引出，所述单循环气流式Z轴角速度芯片包括PET盖板、硅板和PET底座；其中，所述PET盖板上设置有气流回路；所述硅板上设置有三自由度敏感热线；所述PET底座上设置有压电陶瓷振子和气流回路；PET盖板、硅板和PET底座依次连接构成所述单循环气流式Z轴角速度芯片。2.根据权利要求1所述的气流式角速度传感器，其特征在于，所述PET底座的一侧开设有一圆孔，所述圆孔的边缘设置有高度小于PET底座厚度的台阶，所述压电陶瓷振子粘结在所述台阶上；PET底座的另一侧设置有梯形泵槽和若干个凹槽，所述泵槽的上部与所述圆孔的边缘重合相切，泵槽的底部两端设置有两个排气槽，所述泵槽的底部下方设置有下储气槽，所述下储气槽与所述排气槽连通；排气槽相对于下储气槽的对侧设置有两个长方形的下导流槽，所述导流槽的长度方向为PET底座的长度方向；下导流槽与下储气槽的交汇处设置有两个下进口槽；两个下导流槽的末端设置有两个长方形副槽，所述副槽的长度方向为PET底座的宽度方向；两个副槽相交后沿着PET底座的长度方向开设有中心喷口槽，与所述中心喷口槽连通设置有敏感槽，所述敏感槽的与下储气槽连通。3.根据权利要求2述的气流式角速度传感器，其特征在于，所述PET盖板的正面与所述PET底座相对应的一侧开有深度一致的凹槽组合...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴林华，朴然，田文杰，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11