[发明专利]一种基于热膨胀流的MEMS三轴陀螺及其加工方法

摘要

本发明公开了一种基于热膨胀流的MEMS三轴陀螺及其加工方法，属于惯性测量领域。该陀螺主要包括上密封层、下基底层、中间检测层；所述中间检测层上有“十”字检测腔及位于检测腔内的金属电阻桥加热元件和金属电阻桥热敏元件。本发明提出的基于热膨胀流的MEMS陀螺，采用阶梯结构的检测层、“十”字型检测腔以及悬空的金属电阻桥，可实现空间三轴角速度的同时测量，具有很高的集成度，并且可消除Z轴加速度输入对角速度信号测量的干扰，因此实现了基于热膨胀流的MEMS陀螺的多自由度测量。另外，该微陀螺的检测层、基底层以及“十字”检测腔可采用MEMS硅微加工工艺形成，因此还具有尺寸小、功耗低及成本低等优点。

主权项

一种基于热膨胀流的MEMS三轴陀螺，其特征在于：主要包括上密封层、下基底层、中间检测层；所述中间检测层上有“十”字检测腔及位于检测腔内的金属电阻桥加热元件和金属电阻桥热敏元件；上密封层和下基底层将“十”字检测腔的气体介质与外界隔离，形成一个密封的工作系统；“十字”检测腔高度与上密封层中凹槽的深度为总的腔体高度z，100μm≤z≤1000μm；定义检测腔的十字两臂方向分别为X，Y方向，检测腔的高度方向为Z向；四个金属电阻桥加热元件对称悬置于十字检测腔四臂的根部，且各金属电阻桥加热元件与相应的十字检测腔四臂垂直，即四个金属电阻桥加热元件为X或Y向；四个金属电阻桥加热元件的通电方式为周期性间歇性通电，即加热元件的一个工作周期包括脉冲电压激励时间与断电间隔时间；金属电阻桥热敏元件包括检测X轴角速度的金属电阻桥热敏元件、检测Y轴角速度的金属电阻桥热敏元件、检测Z轴角速度的金属电阻桥热敏元件；检测X轴角速度的金属电阻桥热敏元件为两个，对称悬置于“十”字检测腔Y向两臂上，且与Y向臂垂直；检测Y轴角速度的金属电阻桥热敏元件为两个，对称悬置于“十”字检测腔X向两臂上，且与X向臂垂直；检测Z轴角速度的金属电阻桥热敏元件为八个；“十”字检测腔的四个十字臂末端两侧分别悬置一个金属电阻桥热敏元件，且与对应臂平行；金属电阻桥热敏元件的通电方式均为恒流电；四个金属电阻桥加热元件的悬置高度一致，均为z1；检测X轴角速度的金属电阻桥热敏元件、检测Y轴角速度的金属电阻桥热敏元件、检测Z轴角速度的金属电阻桥热敏元件的悬置高度一致，均为z2，必须满足：z1<z2，即加热元件与热敏元件之间存在高度差，且该高度差范围为50～100微米。