本实用新型专利技术公开的一种抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺，属于MEMS微机电系统的硅微环形振动结构领域。本实用新型专利技术包括振动环谐振子、支撑弹簧、驱动控制电极、检测控制电极。振动环谐振子用于生成角度和角速度，驱动控制电极和检测控制电极间隔对称分布在振动环谐振子外侧，作为电容电极，组成电容式传感器，将位移变化量转换为电容变化量。支撑弹簧将振动环谐振子和玻璃锚点连接。当驱动控制电极的输入信号频率与振动环谐振子的固有频率一致时，能够激励出振动环谐振子的振动。本实用新型专利技术采用静电力驱动、电容检测，具有抗高过载性能好、体积小、响应速度快、灵敏度高的优点，能够在后期调整改善其陀螺性能。调整改善其陀螺性能。调整改善其陀螺性能。
【技术实现步骤摘要】
一种抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺
[0001]本技术涉及一种抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺，属于MEMS微机电系统的硅微环形振动结构领域。
技术介绍
[0002]微机电陀螺具有小体积、可靠性好、低功率，易集成等优势。与其他机械陀螺结构相比，振动环式陀螺有着极佳分辨率、较高灵敏度、良好温度稳定性和抗过载冲击能力强。能够用于汽车导航。消费电子、仪器测量和航空航天领域。
[0003]电容式振动环陀螺采用静电力驱动、电容检测，具有体积小、响应速度快、灵敏度高的特点，能够在后期调整改善其陀螺性能。能够承受过载过程中的幅度峰值在20000g，g为重力加速度。
技术实现思路
[0004]本技术的目的是提供一种抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺，采用静电力驱动、电容检测，具有抗高过载性能好、体积小、响应速度快、灵敏度高的优点，能够在后期调整改善其陀螺性能。
[0005]本技术的目的是通过下述技术方案实现的。
[0006]本技术公开的一种抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺，包括振动环谐振子、支撑弹簧、驱动控制电极、检测控制电极。
[0007]所述振动环谐振子是其核心，用于生成角度和角速度。
[0008]4个所述驱动控制电极和4个所述检测控制电极间隔对称分布在所述振动环谐振子外侧，作为电容电极。
[0009]所述支撑弹簧将所述振动环谐振子和分布于所述振动环谐振子周围的玻璃锚点连接，起到悬浮支撑、振动换得作用。
[0010]所述驱动控制电极与所述检测控制电极组成电容式传感器，将所述驱动控制电极与所述检测控制电极间的位移变化量转换为电容变化量。
[0011]作为优选，所述驱动控制电极与所述振动环谐振子间距＜5μm，所述检测控制电极与所述振动环谐振子间距＜5μm，以增大检测信号，提高驱动力，进而提高检测灵敏度。
[0012]作为优选，所述振动环谐振子的厚度要大些，以使所述驱动控制电极与所述检测控制电极正对面积足够大。
[0013]作为优选，抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺具有高深宽比和高对称性结构，以提高抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺性能。
[0014]作为优选，所述振动环谐振子的材料为单晶硅，在释放悬浮结构时，采用阳极键合以及悬臂支撑的方法将固定抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺的玻璃锚点固定在玻璃衬底上。
[0015]本技术的一种抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺，工作方法为：所述振动环
谐振子在周期性驱动力作用下沿X轴以固定频率做受迫振动，当与受迫振动方向垂直的Z轴方向上有角速度Ωz输入时，由于哥氏效应作用，所述振动环谐振子在垂直于受迫振动及角速度输入方向的Y轴方向上振动。当所述驱动控制电极的输入信号频率与所述振动环谐振子的固有频率一致时，能够激励出所述振动环谐振子在驱动轴方向的“圆
‑
椭圆”弯曲振动。
[0016]本技术的一种抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺有两种工作模态：驱动模态和检测模态。
[0017]有益效果：
[0018]1、本技术公开的一种抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺，根据电容式陀螺能够调整的特点，按照极板间距离和极板间正对面积进行优化，采用静电力驱动、电容检测，增大检测信号，提高灵敏度。
[0019]2、本技术公开的一种抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺，抵抗20000g的冲击荷载。
[0020]3、本技术公开的一种抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺，采用MEMS的硅加工工艺制作，解决工艺加工复杂问题。
[0021]4、本技术公开的一种抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺，采用电容式检测方式，功率小、阻抗高；静电引力小、动态特性良好，发热影响小。
[0022]5、本技术公开的一种抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺，采用非接触测量；结构简单、适应性强，能够在温度变化较大或具有各种辐射的恶劣环境中工作。
附图说明
[0023]图1为本技术的一种抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺爆炸视图；
[0024]图2为本技术的一种抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺整体结构图；
[0025]其中：1
‑
振动环谐振子、2
‑
支撑弹簧、3
‑
驱动控制电极、4
‑
检测控制电极。
具体实施方式
[0026]为使本技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式作进一步详细描述。
[0027]实施例1
[0028]如图1所示，本技术公开的一种抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺，包括振动环谐振子1、支撑弹簧2、驱动控制电极3、检测控制电极4。
[0029]振动环谐振子1是其核心，用于生成角度和角速度。
[0030]4个驱动控制电极3和4个检测控制电极4间隔对称分布在振动环谐振子1外侧，作为电容电极。
[0031]如图2所示，支撑弹簧2将振动环谐振子1和分布于振动环谐振子1周围的玻璃锚点连接，起到悬浮支撑、振动换得作用。
[0032]驱动控制电极3与检测控制电极4组成电容式传感器，将驱动控制电极3与检测控制电极4间的位移变化量转换为电容变化量。
[0033]驱动控制电极3与振动环谐振子1间距＜5μm，检测控制电极4与振动环谐振子1间距＜5μm，以增大检测信号，提高驱动力，进而提高检测灵敏度。
[0034]振动环谐振子1的厚度要大些，以使驱动控制电极3与检测控制电极4正对面积足够大。
[0035]抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺具有高深宽比和高对称性结构，以提高抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺性能。
[0036]振动环谐振子1采用单晶硅材料，在释放悬浮结构时，采用阳极键合以及悬臂支撑的方法将固定抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺的玻璃锚点固定在玻璃衬底上。
[0037]本技术的一种抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺，工作方法为：振动环谐振子1在周期性驱动力作用下沿X轴以固定频率做受迫振动，当与受迫振动方向垂直的Z轴方向上有角速度Ωz输入时，由于哥氏效应作用，振动环谐振子1在垂直于受迫振动及角速度输入方向的Y轴方向上振动。当驱动控制电极3的输入信号频率与振动环谐振子1的固有频率一致时，能够激励出振动环谐振子1在驱动轴方向的“圆
‑
椭圆”弯曲振动。
[0038]本技术的一种抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺有两种工作模态：驱动模态和检测模态。
[0039]以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本技术的保护范围。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺，其特征在于：包括振动环谐振子(1)、支撑弹簧(2)、驱动控制电极(3)、检测控制电极(4)；振动环谐振子(1)是其核心，用于生成角度和角速度；4个驱动控制电极(3)和4个检测控制电极(4)间隔对称分布在振动环谐振子外侧，作为电容电极；支撑弹簧(2)将振动环谐振子(1)和分布于振动环谐振子(1)周围的玻璃锚点连接，起到悬浮支撑的作用；驱动控制电极(3)与检测控制电极(4)组成电容式传感器，将驱动控制电极(3)与检测控制电极(4)间的位移变化量转换为电容变化量。2.如权利要求1所述的一种抗高过载的电容式MEMS振动环陀螺，其特征在于：驱动控制电极(3)与振动环谐振子(1)间距＜5μm，检测控制电极(4)与振动环...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄尉，李晶，刘东，葛志鹏，韩世杰，武浩，李慧娟，包艳萍，陈红，付博，
申请(专利权)人：淮海工业集团有限公司，
类型：新型
国别省市：
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