本申请公开了一种硅微机械四通道循环流式平面双轴角速度传感器，该气流式角速度传感器包括四通道循环流式平面双轴角速度芯片、PCB电路板、底座、外壳、缓冲硅胶片和引线，角速度芯片包括PET上盖、上硅板、下硅板、PET底盖和压电陶瓷圆振子；压电陶瓷圆振子嵌入PET上盖上；上硅板上设置有射流网络；下硅板上设置有射流网络和四对分别位于不同射流敏感室的平行热线；PET上盖、上硅板、下硅板和PET底盖依次粘接构成所述四通道循环流式平面双轴角速度芯片。本申请的气流式角速度传感器的热线独立设置在四个不同的射流敏感室内分别与四个正交的射流敏感体进行热量交换，彼此独立，互不影响，不仅敏感的角速度稳定性好，而且能同时测量敏感轴平行于角速度芯片表面的两个正交(x、y)方向的角速度，双轴一体，两个方向上的角速度灵敏度几乎一致，便于实际应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于利用哥氏力偏转射流敏感体检测运动体角速度姿态参数的
，尤其是涉及一种硅微机械四通道循环流式平面双轴角速度传感器。
技术介绍
目前，以微机械振动陀螺为代表的微型角速度传感器，角速度芯片是由不同结构的振动部件构成，不仅在稍高加速冲击下容易断裂或损坏，而且在制作过程中为了减少阻尼需要真空封装使得其工艺复杂，造成长时间工作时会产生疲劳损坏。相比之下，气流式角速度传感器不需要振动部件，结构简单，有能承受高过载、寿命长和成本低等其它角速度传感器难以媲美的优点，其应用范围更广泛。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。现有技术中用硅片制作射流网络，通常采用MEMS工艺在一个硅圆片的表面腐蚀出气流通道，由于硅片的厚度只有300μm左右，因此射流网络深度一般不及硅片厚度的一半，因此射流网络的尺度很小，气体容量小，与热线的热交换少，角速度传感器灵敏度会很小，无法实用化；它在硅圆片上实现压电泵驱动气体流动通常将压电泵振子有效变形面积与气流通道的截面积相对应，以便使压电泵振子的变形方向(振动方向)沿着硅圆片横向方向(与硅圆片表面垂直的截面积方向)与气流通道的长度方向一致，因此压电泵振子的大小往往小于1×1mm，这在实际工艺中很难实现粘接，同时由于压电泵振子尺寸过小，驱动气体的能力弱，气流速度小，角速度传感器灵敏度小。在现有技术中采用MEMS工艺在硅片上很难实现二维热线(热敏电阻)的制作，同时也很难形成二维维射流敏感体，因此一个微机械气流式角速度传感器不能同时敏感两个方向的角速度，只能敏感一个方向上的角速度，如构成双轴测量需要组合安装，由安装距离引起的误差大，成本也高。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硅微机械四通道循环流式平面双轴角速度传感器(平面双轴角速度传感器是指两个正交的角速度敏感轴x、y平行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不仅实现了压电陶瓷圆振子变形方向和射流网络平面的转向，压电陶瓷圆振子的面积大，驱动能力强，射流速度大，气流式角速度传感器的灵敏度高，而且热线独立设置在四个不同的射流敏感室内分别与四个正交的射流敏感体进行热量交换，彼此独立，互不影响，不仅敏感的角速度稳定性好，而且能同时测量敏感轴平行于角速度芯片表面的两个正交(x、y)方向的角速度，双轴一体，两个方向上的角速度灵敏度几乎一致，便于实际应用。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种硅微机械四通道循环流式平面双轴角速度传感器，所述气流式角速度传感器由四通道循环流式平面双轴角速度芯片、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、四通道循环流式平面双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，所述四通道循环流式平面双轴角速度芯片包括PET盖板、硅板和PET底座；其中，所述压电陶瓷圆振子嵌入至所述PET上盖上；所述上硅板上设置有射流网络；所述下硅板上设置有射流网络和热线；所述PET上盖、上硅板、下硅板和PET底盖依次粘接构成所述角速度芯片。进一步，所述PET上盖的中心开设一圆形泵槽，在所述泵槽的中心开设一圆形泵孔，泵槽的边缘为一高度为PET上盖厚度1/2的台阶，将所述压电陶瓷圆振子粘接在所述台阶上。进一步，所述上硅板与所述圆形泵孔对应处开设一形状尺寸与圆形泵孔相同的圆柱形泵腔，在所述泵腔圆周上等距离开口形成四个截面为倒梯形的排气孔，所述排气孔的末端为四个排气口；所述排气口外设置一圆环形排气室；以所述排气室的圆心为中心，在圆环形排气室的圆周上放射状交替均匀开设两组共八个长方形孔；其中，四个所述排气孔对应四个集流槽；与四个所述集流槽相邻的是四个上敏感射流孔，所述上敏感射流孔的始端与所述排气室相通；所述集流槽的末端和所述上敏感射流孔的末端由圆环形回流槽连通。进一步，所述集流槽与所述排气室相通处做倒梯形过渡，与所述排气口对应，并在所述梯形过渡的短边扩张形成四个正方形的储气井，所述储气井的边长为倒梯形过渡的长边，所述集流槽的末端的宽度大于集流槽始端的宽度；所述上敏感射流孔的宽度为所述集流槽的2倍，其末端向所述圆环形回流槽延伸形成四个长方形喷嘴孔，所述长方形喷嘴孔的长度为上敏感射流孔长度的1/11。进一步，所述下硅板上开设与所述上硅板上的四个上射流敏感孔位置相互对应、大小形状完全相同的四个下敏感射流孔，在下硅板的表面设置两对平行热线，所述两对平行热线用于敏感x、y两个方向角速度；所述上硅板和下硅板粘接以后形成的气体空间为射流网络，粘接上所述PET上盖和所述PET底盖后构成封闭的射流网络；所述泵腔、泵孔和泵槽构成泵室。进一步，所述射流网络由所述泵室、四个排气口、排气室、四个集流槽的始端的进口、储气井、圆环形回流槽、四个喷嘴孔末端的喷嘴口、四个上敏感射流孔和四个下敏感射流孔组成的四个射流敏感室A、B、C、D以及所述射流敏感室A、B、C、D的末端的出口构成。进一步，敏感x方向角速度的一对平行热线分别设置在两个对称的射流敏感室B、D内中间的下硅板表面；敏感y方向角速度的一对平行热线分别设置与射流敏感室B、D正交的两个对称的射流敏感室A、C内中间的下硅板表面；两对热线的长度方向分别与射流敏感室A、B、C、D的轴线垂直。进一步，所述压电陶瓷圆振子的激励电压由所述PCB电路板上的压电泵驱动电路提供。进一步，所述热线由高温度系数的金属钨、SiO2和Si构成，所述下硅板的边缘被覆电极，所述PET上盖和上硅板开相应的开口以便露出下硅板的电极，便于与PCB电路板实现电气连接。进一步，所述PET上盖和PET底盖利用PET薄板采用高精度激光切割成型加工工艺制作，所述上硅板和下硅板采用标准的MEMS工艺制作。进一步，所述压电陶瓷圆振子的直径略大于所述圆形泵槽的直径，便于粘接在所述台阶上。本专利技术具有以下积极的技术效果：(1)能同时敏感两个正交方向(X、Y)角速度，双轴一体。(2)热线独立设置在四个不同的射流敏感室内分别与四个正交的射流敏感体进行热量交换，彼此独立，互不影响，角速度稳定性好。(3)用一个压电陶瓷圆振子驱动四通道循环流，不仅结构简单，寿命长，功耗低，同时实现了压电陶瓷圆振子变形方向和射流网络平面的转向，压电陶瓷圆振子的面积大，驱动能力强，射流速度大，气流式角速度传感器的灵敏度高。(4)采用的光刻技术能保证角速度芯片中热线的正交性和垂直度，交叉耦合小，一致性好。附图说明图1为本申请的立体图；图2为本申请的循环流式平面双轴角速度芯片分体状态的立体图；图3为本申请的PET上盖的立体图；图4为本申请的上硅板的立体图；图5为本申请的下硅板的立体图；图6为本申请的信号处理电路的示意图；图7为本申请的惠斯登电桥的示意图；图8本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硅微机械四通道循环流式平面双轴角速度传感器，所述气流式角速度传感器由四通道循环流式平面双轴角速度芯片、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、四通道循环流式平面双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，所述四通道循环流式平面双轴角速度芯片包括PET盖板、硅板和PET底座；其中，所述压电陶瓷圆振子嵌入至所述PET上盖上；所述上硅板上设置有射流网络；所述下硅板上设置有射流网络和热线；所述PET上盖、上硅板、下硅板和PET底盖依次粘接构成所述角速度芯片。
【技术特征摘要】
1.一种硅微机械四通道循环流式平面双轴角速度传感器，所述气流式角速度传感器由四通道循环流式平面双轴角速度芯片、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、四通道循环流式平面双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，所述四通道循环流式平面双轴角速度芯片包括PET盖板、硅板和PET底座；其中，所述压电陶瓷圆振子嵌入至所述PET上盖上；所述上硅板上设置有射流网络；所述下硅板上设置有射流网络和热线；所述PET上盖、上硅板、下硅板和PET底盖依次粘接构成所述角速度芯片。2.根据权利要求1所述的气流角速度传感器，其特征在于，所述PET上盖的中心开设一圆形泵槽，在所述泵槽的中心开设一圆形泵孔，泵槽的边缘为一高度为PET上盖厚度1/2的台阶，将所述压电陶瓷圆振子粘接在所述台阶上。3.根据权利要求2所述的气流角速度传感器，其特征在于，所述上硅板与所述圆形泵孔对应处开设一形状尺寸与圆形泵孔相同的圆柱形泵腔，在所述泵腔圆周上等距离开口形成四个截面为倒梯形的排气孔，所述排气孔的末端为四个排气口；所述排气口外设置一圆环形排气室；以所述排气室的圆心为中心，在圆环形排气室的圆周上放射状交替均匀开设两组共八个长方形孔；其中，四个所述排气孔对应四个集流槽；与四个所述集流槽相邻的是四个上敏感射流孔，所述上敏感射流孔的始端与所述排气室相通；所述集流槽的末端和所述上敏感射流孔的末端由圆环形回流槽连通。4.根据权利要求3所述的气流角速度传感器，其特征在于，所述集流槽与所述排气室相通处做倒梯形过渡，与所述排气口对应，并在所述梯形过渡的短边扩张形成四个正方形的储气井，所述储气井的边长为倒梯形过渡的长边，所述集流槽的末端的宽度大于集流槽始端的宽度；所述上敏感射流孔的宽度为所述集流槽的2倍，其末端向所述圆环形回流槽延伸形成四个长方形喷嘴孔，所述长方形喷嘴孔的长度为上...
【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
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。