一種壓阻式微機(jī)械陀螺的研究.pdf

1、微機(jī)械陀螺是一種測(cè)量角速度或角位移的慣性傳感器，具有體積小，可靠性高，價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，在汽車，電子和慣性導(dǎo)航領(lǐng)域有很大的潛力。微機(jī)械陀螺常見的檢測(cè)方式有電容式和壓阻式。與電容式陀螺相比，雖然壓阻式陀螺的結(jié)構(gòu)和接口電路比較簡(jiǎn)單，但是，比較低的靈敏度和壓阻固有的溫度效應(yīng)極大地限制了它的應(yīng)用。 本論文的主要工作是設(shè)計(jì)，制造，封裝并測(cè)試了一種嶄新的類音叉壓阻式檢測(cè)微機(jī)械陀螺。不但靈敏度比較高，而且能實(shí)現(xiàn)壓阻系數(shù)的片上溫度自補(bǔ)償。陀螺采用

2、靜電驅(qū)動(dòng)，壓阻檢測(cè)的工作方式，在大氣下工作。用來檢測(cè)Coriolis加速度的檢測(cè)部分是懸臂梁—質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的一種變形，用高強(qiáng)度的主懸臂梁保證機(jī)械強(qiáng)度和高諧振頻率，極細(xì)小的微梁壓阻檢測(cè)Coriolis加速度引起的應(yīng)力變化，并用微梁直拉直壓理念優(yōu)化微梁位置，獲得高靈敏度。 利用一個(gè)壓阻四端器件，開發(fā)了壓阻系數(shù)溫度效應(yīng)的片上自補(bǔ)償技術(shù)。溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ怯抿?qū)動(dòng)振幅的改變彌補(bǔ)溫度變化對(duì)壓阻系數(shù)的影響。溫度補(bǔ)償前的陀螺靈敏度溫度系數(shù)是-0.2

3、35％，補(bǔ)償后下降為-0.028％。 在制造過程中，采用先進(jìn)的DRIE工藝。用普通硅片替代SOI硅片，實(shí)現(xiàn)了雙面DRIE刻蝕，降低了工藝難度，簡(jiǎn)化了工藝步驟，顯著降低了成本。 根據(jù)推導(dǎo)的壓阻式陀螺的信號(hào)檢測(cè)原理開發(fā)了一種簡(jiǎn)單的接口電路。陀螺的測(cè)試結(jié)果表明，陀螺的角速度靈敏度是21μv/°/s，噪聲限制的角速度分辨率0.33°/s。陀螺檢測(cè)部分兩個(gè)加速度計(jì)的靈敏度分別為14.80mv/5V/g和14.49mv/5V/g，Q