[发明专利]圆环波动微机械陀螺及其制备方法

权利要求书

1.一种圆环波动微机械陀螺，其特征在于包括：

一基底；

一位于所述基底上的金属圆环谐振子；

一层位于所述金属圆环谐振子内的基底上的压电薄膜，该压电薄膜含有驱动电极；

两个均布于所述金属圆环谐振子圆环周围的检测电极；

两个均布于所述金属圆环谐振子圆环周围的平衡电极；以及

四个均布于所述金属圆环谐振子圆环周围的监测电极；

其中：两个所述检测电极、两个所述平衡电极间隔设置在四个所述监测电极之间，这八个电极与所述金属圆环谐振子形成了八个以空气作为介电质的电容，使用这八个电容来监测、检测和平衡该陀螺的工作状态。

2.根据权利要求1所述的圆环波动微机械陀螺，其特征是所述金属圆环谐振子材料为铜，利用所述压电薄膜的逆压电效应进行驱动，利用检测电极与金属谐振子形成的电容的间隙变化进行检测。

3.根据权利要求1所述的圆环波动微机械陀螺，其特征是所述金属圆环谐振子和各电极都是通过电镀的方式分层制作在所述基底上，所述压电薄膜使用溅射的方法制作。

4.根据权利要求1所述的圆环波动微机械陀螺，其特征是所述四个监测电极、两个检测电极和两个平衡电极，每个电极为张角25°的圆环形，相邻电极之间的夹角为20°。

5.根据权利要求1-4任一项所述的圆环波动微机械陀螺，其特征是四个所述监测电极材料为金属，用于监测所述金属圆环谐振子是否工作在驱动模态振型。

6.根据权利要求1-4任一项所述的圆环波动微机械陀螺，其特征是两个所述检测电极材料为金属，用于检测垂直于基底平面方向即z轴方向的角速度引起的所述金属圆环谐振子检测模态上振动。

7.根据权利要求1-4任一项所述的圆环波动微机械陀螺，其特征是两个所述平衡电极材料为金属，用于恢复所述金属圆环谐振子的驱动模态振型，使得陀螺仪工作在力平衡模式。

8.根据权利要求1-4任一项所述的圆环波动微机械陀螺，其特征是所述压电薄膜上下分别设有一层金属电极，下层的金属电极与所述金属圆环谐振子连一块，保证同电势为0V，所述压电薄膜边缘与所述金属圆环谐振子接触，在所述压电薄膜振动时，带动所述金属圆环谐振子振动；上层的金属电极与所述金属圆环谐振子隔离，作为所述压电薄膜接交流电压的驱动电极，当所述金属圆环谐振子接0电势，所述压电薄膜的上层电极接交流电压时，所述金属圆环谐振子振动。

9.根据权利要求8所述的圆环波动微机械陀螺，其特征是所述压电薄膜上的驱动电极被施加交流电压时，由逆压电效应产生振动，从而带动所述金属圆环谐振子振动，利用激光多普勒测振仪检测所述金属圆环谐振子的四波腹振动模态，从而让所述金属圆环谐振子工作在这一振动形式下；当存在输入角速度时，所述金属圆环谐振子的振型向检测模态转变，利用所述检测电极与所述金属圆环谐振子形成的电容间隙变化，检测所述金属圆环谐振子在检测模态振动敏感信号。

10.一种权利要求1所述的陀螺的制备方法，其特征在于采用MEMS微细加工工艺，利用牺牲层工艺在基板旋涂厚光刻胶，利用制作好的掩模板进行光刻，之后显影、图形化，然后在图形化的光刻胶掩模上反复电镀金属，形成金属谐振子、监测电极、检测电极和平衡电极；然后使用溅射工艺沉积一层PZT压电薄膜和电极；最后，为该陀螺样机焊接外围电路以及进行最终的封装得到陀螺芯片成品。