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一种单热源十字流式微机械三轴薄膜陀螺


技术摘要:
本发明公开了一种单热源十字流式微机械三轴薄膜陀螺,包括敏感层和盖板,敏感层的上表面设置有呈“十”字型结构的四根加热器和六对热敏电阻,敏感层的下表面刻蚀有一“十”字型凹槽;一根加热器、一对Z轴热敏电阻和一根X/Y轴热敏电阻构成一个测量单元;四根加热器的通  全部
背景技术:
利用微机电系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System)技术制作的微型惯性 传感器有大批量生产、成本低、体积小、功耗低等诸多优点,是未来中、低精度微型惯性传感 器的理想产品。陀螺、加速度计是载体运动姿态测量和控制的核心惯性传感器,而陀螺是敏 感角速度、角加速度等角参数的传感器。传统的微型陀螺(微机械陀螺)是基于高频振动质 量被基座带动旋转时存在的哥氏效应原理,微电子和微机械结合的微型化速率陀螺。这种 陀螺敏感元件内的固体质量块需要通过机械弹性体悬挂并振动,在稍高加速冲击下容易损 坏,同时为了减少阻尼需要真空封装,其工艺复杂,长时间工作时会产生疲劳损坏和振动噪 声。而微型流体惯性器件是一种新型的通过检测密闭腔体内流体的流场偏移量,实现输入 加速度和角速度的测量。由于其没有传统的微型陀螺中的可动部件和悬挂系统,所以能抗 高过载;由于其敏感质量为气体,质量几乎为零,所以响应时间短、寿命长;由于其结构简 单,能满足低成本的应用要求。微型流体陀螺是利用密闭腔体内气流敏感体在哥氏力作用 下发生偏转,由热敏电阻(热线)来敏感角速度引起偏转量的角速度传感器。目前,市场对微 型惯陀螺适应恶劣苛刻的环境能力要求越来越高,与传统的微机械振动陀螺相比,微型流 体陀螺以其极高的抗振动、冲击特性和低成本等优势,更具市场竞争力,应用前景十分广 阔。 目前基于MEMS技术的微型流体陀螺大致可以分为四类大类:微型射流陀螺,ECF (electro-conjugate  fluid)流体陀螺、微型热对流陀螺和微型热流陀螺。中国专利:一种 微型四通道循环流式三轴硅射流陀螺(专利申请号:201510385582.4),属于微型射流陀螺, 其敏感元件内的压电片增加了加工难度和成本,且在保持流速的前提下其体积难以进一步 缩小。ECF流体陀螺的体积较大(40mm×60mm×7mm),且液体形成喷射流需高达上千伏的电 压,故而ECF陀螺很难实现大批量、低成本的商业化。微型热对流陀螺无重力场就无法工作, 灵敏度低。上述微型流体陀螺因其各自固有的缺点使其难以成为低成本商业化微型陀螺的 选择。微型热流陀螺(也称热膨胀陀螺)是近几年提出的一种比较新的微型流体陀螺,敏感 元件内无压电片,不需要高电压,可以在无重力环境下使用,它的灵敏度适中,介于微型射 流陀螺和微型热对流式陀螺之间,同时它具有结构和加工工艺非常简单,成本极低,可靠性 高,具有优秀的抗振动和冲击特性。 微型热流陀螺的敏感工作原理是利用加热器通电产生焦耳热,加热其周围的气 体,形成气体热扩散,产生沿着一定方向运动的气流敏感体,当有角速度输入时,气流敏感 体在哥氏力作用下发生偏转,造成惠斯登电桥的桥臂电阻(一般由热敏电阻组成)的改变, 从而输出与输入角速度成正比的电桥不平衡电压。在中国专利201410140298 .6和 201210130318.2中传感器敏感元件内的主要部件-加热器和热敏电阻均采用悬空悬臂梁结 3 CN 111595323 A 说 明 书 2/7 页 构,由于加热器和热敏电阻均悬浮于腔体上方,刻蚀腔体释放结构后,应力会造成加热器和 热敏电阻变形,甚至断裂,成品率低,而且翘曲变形会在无角速度输入情况下产生不对称的 气体流场,从而造成角速度检测误差。因此如何克服上述问题成为本领域技术人员亟需解 决的技术难题。 公开于该
技术实现要素:
部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体
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