本文關(guān)鍵詞：微機械陀螺的發(fā)展現(xiàn)狀，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第 33卷 2003

第3期 8

力

學

進

展

從1 〕

.

33

No

.

3

年

月

25日

A D、 A N C E S IN r

M E C H A N IC S

A g 25

u

2003

微機械陀螺的發(fā)展現(xiàn)狀 李新剛袁建平 ,

‘

西北工業(yè)大學航天工程學院

西安

7100

2 7

摘

要

MEMs隨著對微電子機械系統(tǒng) ( )的深入研究和取得的進展 , 、

,

屬于 M E M S研究內(nèi)容之一的微機械陀螺 .

,

在汽車工業(yè)需求的推動下

已經(jīng)成為過去幾十年內(nèi)廣泛研究和發(fā)展的主題 、

微機械陀螺與傳統(tǒng)機械式陀螺 , 、

、

固體陀

螺

、

光學陀螺等相比 .

,

具有成本低 、

尺寸小

、

重量輕

可靠性高等優(yōu)點其精度正不斷得到提高 、

,

應(yīng)用領(lǐng)域也隨之 ,

不斷擴大

本文首先簡要介紹了微機械陀螺的定義及特征 、 .

性能指標

、

工作原理 ,

分類以及加工技術(shù)

隨后對已出

現(xiàn)的不同類型微機械陀螺的結(jié)構(gòu)加工方式工作原理以及性能進行了綜述 發(fā)展趨勢進行了展望關(guān)鍵詞 ,

最后對微機械陀螺的商業(yè)化現(xiàn)狀以及

M E M S微機械

,

陀螺

,

哥氏加速度加工

,

1

引

言

德文縮寫 ) 2

、

鍵合與化學機械磨光等

2一4【}

微機械的研究與制造已形成了一個廣泛的領(lǐng)

微機械陀螺的工作原理 v ib大部分微機械陀螺屬于振動陀螺 ( a tr r o

域在歐洲稱為微系統(tǒng)技術(shù) M ,

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,

m在日本稱為微機械 ( s y s te e ll

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)在其他 ,

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-

m國家則稱為微電子機械系統(tǒng) M E M S ( m ee r

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,

vG

)本文所述的微機械陀螺均指振動陀 ,

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.

1998 u

年歐洲的 e ti o n a

N EX US

(

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-

螺

.

振動陀螺的基本工作原理都是產(chǎn)生并檢測哥氏 ,

將 M s T定義為[:] l ,

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)微結(jié)構(gòu)產(chǎn)品是具有微米尺度的結(jié) lt i u n f e lm i

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m

加速度家 G G .

也即利用哥氏效應(yīng)使陀螺結(jié)構(gòu)的 . .

2

個振動

模態(tài)之間產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)換 de e o r io

哥氏加速度是以法國科學

構(gòu)其技術(shù)功能由微結(jié)構(gòu)的形狀提供微系統(tǒng)組合了幾個微結(jié)構(gòu)部分并最優(yōu)化成為一個整體來提供一種或幾種特定的功能在許多情況下包括微電子本 , .

,

lis

1 7 9 2、 1 8 4 3 )命名的出現(xiàn)在旋轉(zhuǎn) ( ,

,

坐標系中的表征加速度其與旋轉(zhuǎn)坐標系的旋轉(zhuǎn)速率

”

成比例量塊 尸

.

文沿用 M E M S名稱通常而言 .

.

用圖 ,

1

可以理解振動陀螺的基本原理 x

,

其中質(zhì)

x

,

M E M S的特征尺寸量級在微米到毫

固連在旋轉(zhuǎn)坐標系的 ;

y平面 o v

,

假定其沿 ,

米之間微傳感器具有尺寸小 .

輸出信號微小 ,

,

與宏

軸方向以相對旋轉(zhuǎn)坐標系的速度系繞負軸以角速度 r

運動

旋轉(zhuǎn)坐標 p ,

觀外界有特殊接口等特點事實上微傳感器本身不 能作為一個完整的實體存在不僅需要敏感的微結(jié)構(gòu) ,

。

旋轉(zhuǎn)

.

因哥氏效應(yīng)產(chǎn)生哥氏

o力的公式為 F c

二一Zm

!

‘

x

叫則質(zhì)量塊

,

在旋轉(zhuǎn)

部分還需要接中 ,

,

口和封裝 3

.

在微傳感器的設(shè)計和開發(fā)個部分 、 .

坐標系的正 用在質(zhì)量塊

y

軸產(chǎn)生哥氏力 .

凡

o r

二 2二

。v 。r

其中。

需要同時包括以上 、

為質(zhì)量塊尸的質(zhì)量 、

可以看出哥氏力 。 ,

凡

直接與作

M E M s技術(shù)包括硅材料照相平板材料生長與

沉積

摻雜

、

體微機械加工 (最早始于 2 0世紀 6 0年 、

質(zhì)量塊在

y

上的輸入角速度成正比并會引起軸方向的位移獲得該位移的信息也即 尸 。

,

代末

,

指涉及到對硅基層的加工技術(shù) ) , 、

表面微機械 n o

獲得輸入角速度 ,

的信息

.

0世紀 8加工 (始于 2 0年代僅涉及對晶片表面進行

概而言之振動陀螺的振動部件受到驅(qū)動而工作在第一振動模態(tài) (又稱驅(qū)動模態(tài) ) (如圖 1質(zhì)量塊尸 x沿軸運動 )當與第一振動模態(tài)垂直的方向有旋轉(zhuǎn) ,

加工的技術(shù) )

L IG A

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平板印刷 )( 一

電鑄板 (電鍍 )和澆鑄的 :

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收稿日期

200 2。小2 7

,

修回日期

200 3 01 22 一 一

289

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本文編號：198901