[发明专利]双电极结构带裙边的W形微机电半球陀螺仪

说明书

本发明公开双电极结构带裙边的W形微机电半球陀螺仪，包括谐振壳体，谐振壳体呈盆形，谐振壳体底面中心向开口侧凹陷，使谐振壳体内形成环形凹槽；环形凹槽由开口侧向封闭侧渐缩，使谐振壳体的纵剖面W形；谐振壳体沿顶部外边缘设有裙边；谐振壳体下方对应设有曲面立体电极，曲面立体电极与谐振壳体之间形成曲面电极间隙；曲面立体电极顶部对应设有柱状电极，柱状电极与裙边之间形成柱状电极间隙；由谐振壳体与裙边共同构成谐振器，本发明采用曲面立体电极和柱状电极共同驱动、检测谐振器的振动，传感陀螺仪的输入输出信号，利用裙边放大谐振器的振动幅度，并进行陀螺仪基频差的调节。

技术领域

本发明涉及微机电技术领域，具体是双电极结构带裙边的W形微机电半球陀螺仪。

背景技术

陀螺仪是一种能够敏感载体角度或角速度的惯性器件，在姿态控制和导航定位等领域有着非常重要的应用。随着消费电子、工业机器人、车辆、船舶导航、无人机制造业等工业的发展，对陀螺仪的需求也逐渐向着低成本、小体积、高精度、高可靠性的方向发展。基于微机电系统技术的微机电陀螺，采用微纳加工技术，具有批量生产成本低、一致性好的特点，已成为陀螺领域中的研究热点。

微半球陀螺仪因其自身的抗冲击能力强，具有做成高精度陀螺仪的潜力，目前已经成为微机电陀螺领域的研究热点。目前国际上研制的微机电半球陀螺仪各具特色，但也各存一些局限性，比如制备工艺复杂，涉及火焰高温、装备电极的对称性不易保证、压电驱动电压较高等。

发明内容

本发明的目的在于提供双电极结构带裙边的W形微机电半球陀螺仪，该陀螺仪采用曲面立体电极和柱状电极共同驱动、检测陀螺谐振器的振动，能够放大陀螺的输出信号，且可以对陀螺仪的基频差进行调整，减小陀螺仪驱动模态和检测模态间的频差。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

双电极结构带裙边的W形微机电半球陀螺仪，包括谐振壳体，谐振壳体呈盆形，谐振壳体底面中心向开口侧凹陷，使谐振壳体内形成环形凹槽；环形凹槽由开口侧向封闭侧渐缩，使谐振壳体的纵剖面W形；谐振壳体沿顶部外边缘设有裙边；

谐振壳体下方对应设有曲面立体电极，曲面立体电极包含底托、四个支撑电极以及一组功能电极，四个支撑电极分别连接在底托四周构成十字形，功能电极间隔设于四个支撑电极之间、且与支撑电极及底托通过隔离槽相互隔离；底托顶部与谐振壳体底面中心电连接；曲面立体电极呈圆周分布、且顶部形状与谐振壳体外表面相适应；曲面立体电极与谐振壳体之间形成曲面电极间隙；

所有支撑电极与功能电极的顶面均对应设有柱状电极，柱状电极与支撑电极及功能电极之间通过第一绝缘层隔离；柱状电极与裙边之间形成柱状电极间隙；

曲面立体电极外周设有密封环，密封环与曲面立体电极之间设有绝缘间隙环；密封环顶面设有对柱状电极密封的上密封环，上密封环与柱状电极之间设有上绝缘间隙环；密封环与上密封环之间通过第二绝缘层隔离；

所述陀螺仪还包括盖帽与封底，盖帽设有一组与柱状电极相对应的盖帽引线孔，柱状电极顶面通过盖帽金属焊盘焊接盖帽引线从盖帽引线孔穿出；

封底设有一组与支撑电极及功能电极相对应的封底引线孔，支撑电极及功能电极底面通过封底金属焊盘焊接封底引线从封底引线孔穿出。

进一步的，所述底托的斜坡与谐振壳体之间设有起辅助支撑作用的支撑层。

进一步的，所述盖帽的内表面设有吸气剂层。

进一步的，所述盖帽引线孔呈由上至下渐缩的圆锥台形，封底引线孔呈由上至下渐扩的圆锥台形。

进一步的，所述谐振壳体的口径为0.3～10mm，裙边的宽度为2～2000μm，谐振壳体与裙边的厚度为0.5～1000μm。

进一步的，所述曲面电极间隙为0.2～500μm，所述柱状电极间隙为0.2～500μm。