[发明专利]基于金属电阻的高抗冲击气体陀螺仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种微电子技术领域的微传感器，特别涉及一种基于金属电阻的高抗冲击气体陀螺仪。

背景技术

上世纪90年代中后期开始，基于热流原理的微陀螺仪受到广泛重视，它利用气流方向在哥式加速度作用下发生偏转的原理研制而成。这种新型的传感器用气体作为敏感元件取代传统微陀螺仪的检测质量，将外界输入角速度转化为气流方向的变化，进而引起温度场变化，通过检测温度变化可以测量输入角速度的大小。

经对现有技术的文献检索发现，Tatsuo Shiozawa等在《Micro-Nanomechatronics and Human Science》2004年10月版的第277-282页上发表的“A dual axis thermal convective silicon gyroscope”，该文中提到一种基于半导体硅电阻的气体陀螺仪。具体结构如下：陀螺仪包含两个主要部件，封装在铝盒中，铝盒为圆柱型，一部分是压电隔膜泵，产生持续不断的气流。另一部分是基于硅的热阻效应的微热电调节器，用轻掺杂的P型硅制作，放置在气体喷嘴的下游。为了检测角速度，将四个硅热电阻丝在基片上排成正方形，每个热电阻丝都是P型硅做成。这些热电阻丝通过惠斯通电桥连接起来。具体工作原理如下：在没有施加角速度的情况下，热气流均匀的吹过电阻丝，电桥平衡，不输出电压。当外加角速度时，哥式加速度会造成气流方向偏移，由此导致两个热电阻丝受热不均匀，电阻值也会发生变化，惠斯通电桥不再平衡，从而输出电压发生变化。这种装置的缺点就是，采用半导体硅的热电阻，硅材料的韧性不好，质硬而脆，在高冲击环境下很容易破碎。

发明内容

本发明针对现有的技术的不足，提供一种基于金属电阻的高抗冲击气体陀螺仪，通过用金属电阻丝代替硅电阻，大大提高陀螺仪在高冲击环境下的稳定性，也提高了传感器的寿命。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括压电隔膜泵、含金属电阻丝的敏感部件、喷嘴、铝管壳，铝管壳中充满氩气。压电隔膜泵位于铝管壳内的底部，含金属电阻丝的敏感部件位于铝管壳中部，喷嘴安装在铝管壳内靠近开口处。在安装这些部件时，一定要保证压电隔膜泵的出气孔对准喷嘴的进气孔，同时，喷嘴的中央出气孔对准敏感部件的金属电阻丝。在保证压电隔膜泵、敏感部件和喷嘴按照上述要求安装在铝管壳内后，在铝管壳内充满氩气，并将铝管壳开口封装起来。

所述的铝管壳采用热传导系数很大的铝材料，缩短陀螺腔内的氩气达到平衡状态所需要的时间。

所述的含金属电阻丝的敏感部件包括基片和金属电阻丝，四个金属电阻丝以正方形排列在基片上，形成惠斯通电桥。

所述的基片采用正方形铝板，中间镂空，用于搭接金属电阻丝，铝板上表面旋涂一层聚酰亚胺。

所述的敏感部件应放置在气流速度最大位置处，气流速度最大处离喷嘴为7.5mm。

所述的金属电阻丝材料选择为钨。

本发明工作时，每次检测角速度之前，首先给惠斯通电桥上的四个金属电阻丝通电，电阻丝温度升高，同时打开压电隔膜泵，使铝管壳中氩气的温度与外界空气的温度相同，并且稳定的循环流动，氩气从泵的出气孔喷出，进入喷嘴的进气孔，然后从喷嘴的中央出气孔喷出，均匀喷在金属电阻丝上，金属电阻丝电阻相同，惠斯通电桥平衡。外界施加角速度时，气流受到哥式加速度的作用偏向一边的电阻丝，金属电阻丝的温度发生变化，两个金属电阻丝的阻值不相同，电桥不再平衡，通过测量电桥的输出电压即可计算出电阻变化量，从而得到外界的角速度。

本发明和现有的基于硅电阻的气体陀螺仪相比，由于敏感部件由硅材料替换为金属材料，硅材料的断裂强度只有大约7GPa，而铝材料的断裂强度可以达到30GPa以上，增加了敏感部件经受高冲击的能力，可以应用于恶劣工作条件下的角速度测量，增强陀螺仪的稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的敏感部件俯视图。

图3为本发明的敏感部件侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。