一种基于图形化补偿的模态匹配式微机械Z轴环形谐振陀螺制造技术

本发明专利技术涉及一种基于图形化补偿的模态匹配式微机械Z轴环形谐振陀螺，其特征在于：它包括衬底，锚点，中心轴，驱动/检测方向支撑梁，谐振环，固定电极。陀螺仪由(100)硅制造，驱动/检测方向的支撑梁各有4根，分别重合或垂直于硅的[110]和[100]方向，两两支撑梁间夹角均为45度。驱动方向的支撑梁在图形化补偿后，其等效刚度将与检测方向相等。谐振环通过支撑梁与中心轴相连。固定电极共有16个，均匀分布在谐振环外侧。固定电极和中性轴经锚点与衬底相连，衬底上有金属走线以实现与后端电路的电气连接。本发明专利技术从图形化设计的角度上进行了(100)单晶硅杨氏模量不对称的补偿，实现了模态匹配，模态匹配后的陀螺在角速度的高精度测量中可以发挥重要作用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图形化补偿的模态匹配式微机械Z轴环形谐振陀螺
：本专利技术涉及一种微机械陀螺，特别是关于一种基于图形化补偿的模态匹配式微机械Z轴环形谐振陀螺。
技术介绍
：陀螺仪是一种用来检测物体转动时角速度的器件。微机械陀螺仪是基于微电子工艺而制造的陀螺仪，它的优点包括制造批量化，成本低，良率高、体积小，重量轻，功耗小，抗冲击，不易受复杂环境干扰，易于集成等，目前在消费电子，工业控制，汽车、兵器和航天航空领域均取得了广泛的应用。模态匹配式的微机械谐振环形陀螺仪是目前已知和市场公开的微机械陀螺仪中，精度最高的一类陀螺仪，它工作在模态匹配的模式下，即驱动频率与检测频率相等或近似相等的情况下，可以将检测到的科里奥利力利用机械结构上万倍的放大，从而实现高精度检测。波音公司在2014年发表的论文“BoeingDiscResonatorGyroscope”中，其研发的环形陀螺仪的零偏稳定性已经达到0.001°/h，这一精度足以满足航天级装备的应用。然而，由于加工材料和加工过程的非理想特征和效应，陀螺仪的驱动频率和检测频率无法实现相等，从而影响检测的精度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图形化补偿的模态匹配式微机械Z轴环形谐振陀螺，用于检测围绕Z轴的角速度，其特征在于：它它包括衬底，锚点，中心轴，驱动方向支撑梁，检测方向支撑梁，谐振环，固定电极。其中，所述锚点，中心轴，驱动方向支撑梁，检测方向支撑梁，谐振环，固定电极均使用(100)单晶硅制作，所述衬底使用Pyrex7740或氧化硅制作。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于图形化补偿的模态匹配式微机械Z轴环形谐振陀螺，用于检测围绕Z轴的角速度，其特征在于：它它包括衬底，锚点，中心轴，驱动方向支撑梁，检测方向支撑梁，谐振环，固定电极。其中，所述锚点，中心轴，驱动方向支撑梁，检测方向支撑梁，谐振环，固定电极均使用(100)单晶硅制作，所述衬底使用Pyrex7740或氧化硅制作。


2.如权利要求1所述的所述一种基于图形化补偿的模态匹配式微机械Z轴环形谐振陀螺，其特征在于：所述驱动方向支撑梁有4根，其分别重合或垂直于(100)单晶硅的[110]方向，每根驱动方向支撑梁之间互成90度，按圆周均匀分布。所述检测方向支撑梁有4根，其分别重合或垂直于(100)单晶硅的[100]方向，每根检测方向支撑梁之间互成90度，按圆周均匀分布。每根相邻的驱动方向支撑梁和检测方向支撑梁之间互成45度。


3.如权利要求1所述的所述一种基于图形化补偿的模态匹配式微机械Z轴环形谐振陀螺，其特征在于：所述驱动方向支撑梁，由n级矩形弹簧梁串联(3≤n≤9)而成，并在驱动方向支撑梁末尾含有小外加质量块。所述小外加质量块的目的是平衡驱动方向的二阶谐振等效质量。所述检测方向支撑梁，由n级矩形弹簧梁串联(3≤n≤9)而成，检测方向的弹簧梁在宽度上会大于驱动方向的弹簧梁，目的是平衡检测方向的二阶谐振等效刚度。所述驱动方向支撑梁和检测方向支撑梁在设计上的图形补偿后，会拥有相同的二阶谐振等效刚度和二阶谐振等效质量。


4.如权利要求1所述的所述一种基于图形化补偿的模态匹配式微机械Z轴环形谐振陀螺，其特征在于：所述谐振环通过驱动方向支撑梁，检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：白泽森，杨振川，崔健，赵前程，闫桂珍，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11