微机械陀螺仪的新进展及发展趋势

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第３ ６卷 第４期 ２ ０ １ ４年０ ８月

压　电　与　声　光 Ｐ Ｉ Ｅ Ｚ Ｏ Ｅ Ｌ Ｅ Ｃ Ｔ Ｒ Ｉ Ｃ Ｓ　 ＆Ａ Ｃ ＯＵ Ｓ Ｔ Ｏ Ｏ Ｐ Ｔ Ｉ Ｃ Ｓ 　

ｌ ． ３ ６Ｎ ｏ ． ４ Ｖ ｏ ． ２ Ａ ｕ ０ １ ４ ｇ

（ ） ０ ４ ７ ４ ２ ０ １ ４ ０ ４ ８ ８ １ ０ ２

４ ０ ５ ０ ８ 　　 文章编号 ： － － －

微机械陀螺仪的新进展及发展趋势
许　昕， 何　杰， 王　文， 卜继军
（ ） 中国电子科技集团公司第 ２ 重庆 ４ ０ ０ ６ ０ ０ ６ 研究所 ，

） 微机械陀螺仪是陀螺技术和微电子机械系统 （ 技术结合 产 生 的 新 一 代 惯 性 器 件 。 根 据 其 工 作 ＭＥＭ Ｓ 　　 摘 　 要 ： ） 、 ） 微机械压电振动陀螺（ 和悬浮 原理和采用材料的不同 ， 微机械陀螺可分为硅基微机械振动陀螺 （ ｓ Ｐ ＶＧ ｓ Ｓ ｉ －ＭＶＧ ） 、 转子式微机械陀螺等 。 该文介绍了微机械 陀 螺 仪 的 主 要 参 数 指 标 和 应 用 ， 对硅基微机械振动陀螺（ 微 Ｓ ｓ ｉ －ＭＶＧ ） 机械压电振动陀螺 （ 和悬浮转子式微机械陀螺 的 最 新 研 究 进 展 作 了 综 合 性 报 道 ， 讨论了微机械陀螺未来的 Ｐ ＶＧ ｓ 发展趋势 。 关键词 ： 硅基微机械陀螺 ； 微机械压电振动陀螺 ； 石英微机械陀螺 中图分类号 ： Ｕ ６ ６． １　　　 文献标识码 ： ６ Ａ

Ｓ ｔ ｕ ｄ ｏ ｎ Ｎ ｅ ｗ Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ Ｆ ｕ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｔ ｒ ｅ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｄ Ｇ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｓ 　 　 　 　 　 　 　 　 ｙ ｐ ｙ ｐ 　
， ， Ｘ Ｕ Ｘ ｉ ｎ， Ｈ Ｅ Ｊ ｉ ｅ ＷＡ Ｎ Ｇ　 Ｗ ｅ ｎ Ｂ Ｕ Ｊ ｉ ｕ ｎ 　 　 　 ｊ
（ ， ） ２ ６ ｔ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ Ｇ ｒ ｏ ｕ Ｃ ｏ ｒ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃ ｈ ｏ ｎ ｉ ｎ ４ ０ ０ ０ ６ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ 　 　 　 　 　 ｇ ｙ ｐ ｐ ｇ ｑ ｇ 　 　 　

： ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｄ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ｅ ｗ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ｉ ａ ｌ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ 　 　Ａ － 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ｇ ｙ ｐ ｇ ｇ ｙ ， ｓ ａ ｎ ｄ ＭＥＭ Ｓ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ． Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｏ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｌ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｄ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｓ ｏ ｉ ｅ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ｇ ｙ ｐ ｇ ｐ ｐ ｇ ｙ ｐ ｇ 　 （ ） ， ｃ ａ ｔ ｅ ｏ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ Ｓ ｉ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｍ ａ ｉ ｎ ｌ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｄ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｓＳ ｉ ｓ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｄ ｉ ｅ ｚ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ 　 　 　 　 － －ＭＶＧ 　 　 　 ｇ ｙ ｇ ｇ ｙ ｐ ｐ 　 　 （ ） ， ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｓ Ｐ ＶＧ ｓ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｄ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ ｌ ｅ ｖ ｉ ｔ ａ ｔ ｅ ｄ ｒ ｏ ｔ ｏ ｒ ｅ ｔ ｃ ． Ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｉ ｎ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ａ ｌ ｉ ｃ ａ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 － ｇ ｇ ｙ ｐ ｇ ｙ ｐ ｐ ｐ ｐ 　 ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｄ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｅ ｒ ． Ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｖ ａ ｒ ｉ － 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ｇ ｇ ｙ ｐ ｐ ｐ ｐ 　 ｓ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｄ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｏ ｖ ｅ ｒ ｖ ｉ ｅ ｗ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｔ ｕ ｒ ｅ ｔ ｒ ｅ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｄ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ａ ｌ ｓ ｏ ｄ ｉ ｓ ｏ ｕ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 － ｇ ｙ ｐ ｇ ｙ ｐ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ． ： ； ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ Ｓ ｉ ｓ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｄ Ｐ ＶＧ ｓ ｕ ａ ｒ ｔ ｚ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｄ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ 　 　 　 －ＭＶＧ ｑ ｇ ｙ ｐ ｙ 　 　

０　 引言
陀螺仪是一种能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重要的作用 。 传统机械陀螺体 积 大 ， 成 本 高， 不 适 合 批 量 生 产， 其 应用领 域 受 到 了 极 大 的 限 制 。２ 世 纪 年 代 以 ０ ８ ０ 技 术 的 发 展， 来， 随着微 电 子 机 械 系 统 （ 陀 ＭＥＭＳ） — — 螺技 术 和 ＭＥＭＳ 技 术 结 合 产 生 了 新 一 代 陀 螺 — 微机械陀螺仪 。 微机械陀螺仪具有质量小 ， 体积小 ， 成本低 ， 可靠性好 ， 稳 定 性 高 及 功 耗 低 等 优 点， 在工 业控制 、 航空航天 、 汽车 、 消费电子 、 军事等领域中得 １］ 。继１ 到广泛的应 用 ［ ９ ８ ８年美国德鲁伯实验室最 早提出了 Ｓ 微机械陀螺 ｉ基框架结构微机械陀螺后 ， ， ［ ］ 年 文 献 对 迅速发展 。１ 硅 基 微 机 械陀螺仪 ９ ８ １ ９ 进行了综合报道 ， 讨论了微机械陀螺仪及其设计 、 工 。 ， 作原理和性 能 １ ０ 多 年 来 随 着 ＭＥＭＳ 技 术 的 进 一步发展 ， 微机械陀螺仪也得到了很大的发展 ， 研制 了采用不同原理 、 结构和工艺实现方式的微机械陀

螺， 同时 ， 性能也有了很大提高 。 本文就微机械陀螺 仪的国内外最新发 展 现 状 、 研究进展及应用等进行 了综合报道 ， 并讨论了微机械陀螺仪的发展趋势 。

１　 微机械陀螺仪的主要参数指标及应用
评 判 微机 械 陀 螺仪 性 能的 重 要 参数 有 分 辨 率、 零偏漂移 、 标度因 子 、 角 随 机 游 走 和 测 量 范 围， 这些 。 ， 参数同时也决定 了 陀 螺 仪 的 应 用 环 境 通 常 微 机 械陀螺根据性能指 标 从 低 到 高 可 分 为 速 率 级 （ 低精 、 ， 度） 战术级 （ 中精度 ） 和惯性级（ 高精度） 表１为不 １］ 。 速率级和战术级 同级别微机械陀螺的性能指标 ［ 的微机械陀螺仅用 于 测 量 相 对 短 时 间 内 的 角 速 度 ， 角随机游走成为限 制 其 发 展 的 主 要 因 素 ； 惯性级微 机械陀螺可用于测 量 系 统 长 期 的 表 现 ， 零偏漂移是 评判其性能的关键指标 。 低精度微机械陀螺仪主要 用于消费电子 、 机器 人 和 汽 车 导 航 等 对 精 度 要 求 不 高的场合 ； 中精度微 机 械 陀 螺 仪 主 要 用 于 飞 机 的 姿 等； 而高精度微机械陀螺 态航向参考系 统 （ Ｓ） ＡＨＲ

０ ５ １ ８ １ ４ ２ ０ 　　 收稿日期 ： － － ， 女， 湖北人 ， 许昕 （ 工程师 ， 工程硕士 ， 主要从事惯性科技情报研究 。 ７ ９ １ ９ 　　 作者简介 ： －）

　第４期

微机械陀螺仪的新进展及发展趋势 许昕等 ：

５ ８ ９　

仪主要用于船舶导航 、 航天与空间的定位等 。 目前 ， 世界上已研发出来的微机械陀螺还未达到惯性级的 表现 。 商业应用多数也仅局限在提高速率级微机械 陀螺的指标 。 微机械陀螺已广泛应用于手机 、 数码相机 、 平板 电脑 、 游 戏 控 制 器、 音 乐 播 放 器、 智 能 玩 具、 空中鼠 标、 车辆驱动防滑控制 ３ Ｄ 遥控器等 消 费 电 子 领 域 ，
性能指标
－１ （ ） ·ｈ ］ ［ 零 　 漂／ °

系统 、 底盘控制系统和气囊系统等汽车工业领域 ； 在 当今现代化高技术 战 争 中 ， 以精确打击为目的的制 导武器成为军队装 备 系 统 的 核 心 ， 微机械陀螺以体 积小 ， 价格低 ， 功耗 小 ， 可靠稳定及可批量生产等优 点受到各军事强国的青睐 ， 已应用于军用机器人 、 军 用无人机 、 战术导弹 、 智能炸弹 、 滑翔弹 、 军用光电稳 瞄系统等领域 。
战术级 （ 中精度 ） ０． １～１ ０ ０． ５～０． ０ ５ ０． ０ １～０． １ ０ ０ ０ ＞５ １ ０ ３～１ ０ ４ 　 约１ ０ ０ １ ０ ０ ０～１ ０ ０ ０ ０ 　 　 　 ０ ０ ＞５ １ ０ ０ ０ ０～５ ０ ０ ０ ０ 　 　 商业姿态航向参考 ） 、 系统 （ 制导弹药等 ＡＨＲ Ｓ 惯性级 （ 高精度 ） ０ １ ＜０． ０ ０ １ ＜０． ０ ０ １ ＜０． ０ ０ ＞４ １ ０ ３ 约１ ０ ０ １ ０ ０ ０ 　 ０ ０ ＞４ ０ ０ ０ ０ ０ ＞１ 　 ／ 商用 军用飞机 、 船舶 、 航天器等

成本及应用范围 表 １　 不同应用级别微机械陀螺仪的性能指标 、
速率级 （ 低精度 ） ０ ０ １ ０～１ ０ 　 　 ５ 　 ＞０． １～１． ０ ０． 　 ５ ０～１ ０ ０ ０ 　 １ ０ ３ 　 ０ ＞７ ０ １ ０ ０ 　 　 ０ ０ ５ ０～１ ０ 　 ５ ０～１ ０ ０ ０ ０ 　 　 、 照相机 医学仪器 、 游戏 、 汽车等
－１

（ ） ·ｈ ］ ［ 随机游走／ ° 标度因子／％
－１ ］ （ ） ·ｓ ［ 最大输入角速度／ ° －１ （ ·ｓ ） １ｍ ｓ内承受最大冲击／ ｇ

带 　 宽／ Ｈ ｚ
－１ （ ·ｍ ） 抗震性能／ ｓ ｇ －１ ［ （ ） ·ｓ ］ 量 　 程／ °

成本／＄ 应用范围

２　 微机械陀螺的最新发展现状
根据 采 用 的 材 料 或 工 作 原 理 的 不 同 ， 微机械陀 ） 、 微机械 螺可分为硅 基 微 机 械 振 动 陀 螺 （ ｓ Ｓ ｉ －ＭＶＧ ） 、 悬浮转子式微机械陀螺等 。 压电振动陀螺 （ ｓ Ｐ ＶＧ ） １　 硅基微机械振动陀螺 （ Ｇ ｓ Ｓ ｉ ２． －ＭＶ 硅基微机械振动陀螺是微机械陀螺市场应用中 发展速度最快的一 种 陀 螺 之 一 ， 其应用正快速从汽 车工业领 域 扩 展 至 消 费 电 子 和 个 人 导 航 系 统 等 领 域 。 硅基微机械陀螺因其具有体积小 ， 质量轻 ， 功耗 低等特性而成 为 手 持 式 设 备 用 ＭＶＧ 的 理 想 选 择 。 目前 ， 硅基微机械振动陀螺的偏置稳定性已达到
２］ 。根据结构 ） ／ 从而进入 高 精 度 应 用 市 场 ［ １（ ° ｈ， ０． 或输入原理的不同 ， 硅基微机械陀螺可分为框架式 、

） 面内（ 道了一种高 机 械 品 质 因 数 （ 绝缘 ｌ ａ Ｑ） ｉ ｎ ｎ ｅ －ｐ ） 体上 硅 （ 如 图 １ 所 示。 器 件 基 片 采 用 Ｉ Ｔ Ｆ Ｇ， Ｓ Ｏ ， ／ 最 大 标 度 因 子 １． ０ ０ Ｑ 为２ Ｏ Ｉ ０， ２ ５ ｍＶ ４ ０μ ｍ Ｓ 　 　
［］ （ ） ／ ， ） ／ 偏置漂移大于 ５ （ 带宽 １ ° ｓ ｚ４ 。 ° ｈ， ２Ｈ

图 １　 佐治亚理工学研的硅基微机械陀螺结构图

、 耦合 式 和 解 耦 式 、 音叉式 （ 振 动 环 式、 单轴和 Ｇ） Ｔ Ｆ 和多自由度（ 多轴陀螺 、 双自由度 （ ｏ Ｆ） ｌ ｔ ｉ Ｆ） Ｄ ｏ ｍ ｕ －Ｄ 陀螺等 。 德鲁伯实验室研制的世界上第一款硅基微 机械陀螺采用了框 架 结 构 ， 但后来该实验室主要发 展音叉式微机 械 陀 螺 ； 由 于 耦 合 式 ＭＶＧ 的 驱 动 振 荡和敏感振荡都作 用 于 单 个 质 量 块 上 ， 使机械耦合 成为一个严重 的 问 题 ， 因 此 耦 合 ＭＶＧ 难 以 实 现 更 优的性能 ， 为克服机械耦合误差 ， 解耦 ＭＶＧ 成为目 前研究的主流方向
［ ３］

法国电子与信息技术实验室（ ２ ０ １ ３年， Ａ Ｃ Ｅ － ） 创新地设计了 一 种 具 有 低 寄 生 电 容 的 ３ Ｌ Ｅ Ｔ Ｉ Ｄ电 ［ ５］ ， 如图２所示 。这种３ 容音叉陀螺 （ Ｄ 陀螺 ＴＶＧ） ） 采用悬挂横向 电 极 实 现 面 外 （ 敏 感， 运 ｏ ｆ ｌ ａ ｔ ｎ ｅ ｏ ｕ － －ｐ 动结构制作在 Ｓ 在磷 Ｉ基片的 ３ ｉ顶层上 ， Ｏ ０μ ｍ 厚Ｓ 牺牲层顶部沉积多晶硅用作悬挂顶 部 硅玻璃 （ Ｇ） Ｐ Ｓ 电极和连接线 。 与传统横向电极设计相比 ， 这种 ３ Ｄ 设计的最大创新点是采用 横 向 悬 挂 电 极 ３ Ｄ 敏感结 构能实现面外检测 而 使 陀 螺 具 有 更 低 的 寄 生 电 容 ， 此外 ， 这种技术还为 ３ Ｄ 陀 螺／加 速 度 计 制 作 提 供 了 一种有益的平台 。

。

） ２． １． １　 音叉式微机械陀螺 （ Ｇ ｓ Ｔ Ｆ ， ２ ０ ０ ４年 美 国 佐 治 亚 理 工 学 院 的 Ｓ ａ ｒ ｍ ａ等 报 ｈ

０ ９ 　５

压　电　与　声　光

２ ０ １ ４年　

［］ ） ／ ±１ （ ° ｓ８ 。

图 ２　Ｃ Ｅ Ｅ Ａ－Ｌ Ｔ Ｉ的 ３ Ｄ 陀螺框图

） ２． １． ２　 解耦微机械陀螺 （ ｃ ｏ ｕ ｌ ｅ ｄ ＭＶＧ ｓ Ｄ ｅ 　 ｐ 交叉耦合振荡模式产生的正交误差信号是影响 微机械陀螺性能的 主 要 因 素 ， 会严重影响陀螺的温 度漂移 ， 需采用适当 的 解 耦 技 术 来 降 低 正 交 误 差 信 号的影响 ， 且解耦技 术 能 提 高 陀 螺 的 信 噪 比 （ Ｓ ＮＲ） 。 并显著降低零速率输出 （ Ｏ） Ｚ Ｒ 台湾大学的 Ｃ ｅ ２ ０ １ ２ 年， ｕ ｎ－Ｗ ｉ Ｔ ｓ ａ ｉ等 采 用 ｈ 　 Ｃ Ａ Ｐ 公司的 Ｍ ｔ ａ ｌ ＭＵＭＰ ｓ工艺制作了具有 ＭＥＭＳ ｅ ［ 宽驱动频率的双解耦微机械陀螺 ６］。 研制的这种陀 螺提高了驱动振荡器和敏感振荡器的谐振带宽而不 会牺牲器件 的 Ｑ 值 。 带 宽 的 增 大 使 即 使 在 存 在 制 作误差的情况下也能保证驱动振荡器和敏感振荡器 间 良 好 的 频 率 匹 配； 勿 需 频 率 调 谐； 陀螺能在约 带宽内的任何频 率 下 被 驱 动 ， 增强了陀螺的 ０Ｈ ｚ ２ ４ 使用简便性 ； 这种双 解 耦 结 构 使 驱 动 模 式 和 敏 感 模 ／ 式间的耦合最小 。 陀 螺 的 灵 敏 度 达 到 了 ４． ２ ８ ｍＶ （ ） ／ 。 ｒ ａ ｄ ｓ ２． １． ３　 微机械振动环型陀螺 （ Ｇ） ＭＶＲ 振动环型陀螺具有优良的模式匹配 、 高分辨率 、 美国密 低Ｚ Ｏ 和长 期 稳 定 性 好 等 特 性 。２ ０ １ 年， Ｒ ０ 歇根大学的 Ｆ ｒ ｒ ｏ ｋ ｈ Ａ ａ ｚ ｉ等 在 Ｄ ＡＲ Ｐ Ａ 的资助 ａ 　 ｙ ， 下 采用高深宽比结合多晶硅 －单晶硅微机械制造技 ） 设计制作了厚 ８ 术（ 直径 ?１． Ｐ Ｓ Ｓ １ ｍｍ ＨＡＲ ０μ ｍ、 ） 的高深宽比 （ 多晶硅振动环型陀螺 ， 其结构如 ２ ０∶１
７］ 。 在低真空环境下检测到陀螺的开环敏 图 ３ 所示 ［

图 ３　 振动环型陀螺结构

中国科学院传感器技术国家重点实 ２ ０ １ ０年， 验室的 Ｊ ｎ ｂ ｏ Ｗ ａ ｎ ｕ 　 ｇ 等报道了他们设计的一种新 型 微机械振动环型陀 螺 ， 陀螺采用高对称结构以提高 其在 恶 劣 环 境 下 （ 如 振 动、 高 低 温 等） 的 鲁 棒 性。 Ｇ 由半径 ４ ｍｍ 的 振 动 环 和 ８ 个 中 心 对 称 结 ＭＶＲ ９］ 。 ） 构的 Ｍ 形 支 撑 梁 构 成 ， 其 结 构 如 图 ４（ 所 示［ ａ 他们采用由放大器和移 相 器 构 成 的 新 型 反 ２ ０ １ ２年， １ ０］ 。实现的陀螺 馈控制电路来 提 高 的 器 件 的 Ｑ 值 ［ ／ （ ） ） ／ ／ ， 非线性度在 ±２ 的敏感度为 ８． ９ｍＶ ° ０ ０（ ° ｓ ｓ ） ／ 。 分辨率约为 ０． 范围约为 ０． ２ ３％ ， ０ ５（ ° ｓ

图 ４　 中科院传感器技术国家重点实验室的 ＭＶ Ｒ Ｇ 结构和实物照片

２． ｏ １． ４　 多自由度 （ ｌ ｔ ｉ Ｆ） ＭＶＧ ｓ Ｍ ｕ －Ｄ 为了 获 得 最 大 增 益 ， 传统微机械陀螺设计都企 图使陀螺工作在峰值谐振频率 ， 通常 ， 通过使驱动谐 振频率和 敏 感 谐 振 频 率 匹 配 能 实 现 这 个 目 的 。 然 而， 系统对导致谐振 频 率 漂 移 的 系 统 参 数 变 化 很 敏 感， 在高 Ｑ 值 条 件 下 ， 增 益 较 高， 但带宽会变得很 窄 。 此外 ， 阻 尼 变 化 也 会 显 著 影 响 增 益 。２ ０ １ 年， ０ 加州大学艾尔文分校的 Ｃ ｅ ｎ ｋ Ａ ｃ ａ ｒ提出了一种新颖 　 的设计方法来 提 高 ＭＶＧ 的 鲁 棒 性 ， 即通过增加系 ［ １ １］ 统的 Ｄ Ｆ 来扩展 器 件 的 设 计 空 间 。 设 计 采 用 了 ｏ 两个独立 的 振 荡 检 测 质 量 。 由 于 这 个 ４ ｏ Ｆ系统 －Ｄ 采用了动态放大方 法 ， 因而器件勿需工作在谐振模 式下 。 其 仿 真 结 果 表 明 ， 系统的带宽提高了１ ５ 倍， 显著提高了器 件 工 作 时 间 内 的 结 构 鲁 棒 性 。 此 后 ，

／ （ ） ） ／ ， ／ ， 动 态 范 围 ±２ 感度为 ２ Ｑ＝ ０μ Ｖ ° ５ ０（ ° ｓ ｓ ０ ， 。 ， （ ） ／ ， 分 辨 之 后 他 率 小 于 们 带 宽 １ ２ ０ ０ ｚ １ ° ｓ １ Ｈ 　 ） 取 对陀螺性能作了进一步的改进 ， 制作了采用 （ １ １ １ 向单晶 硅 （ 的 振 动 环 型 陀 螺， 振动环直径为 Ｓ） Ｓ Ｃ 厚１ 陀螺 Ｑ 为 １ 非线性度 ２ ０ ７ｍｍ， ５ ０μ ｍ， ０ ０， 　 ?２． ／ （ ） ／ ， 敏感度为１ 输出噪声 ， 为 ０． 分辨 ０ ２％ ， ２ｍＶ ° ｓ ３ ） ／ 率 达 到 ７． ２（ ° ｈ， １ ０ｈ 的 最 大 偏 置 漂 移 小 于

　第４期

微机械陀螺仪的新进展及发展趋势 许昕等 ：

５ ９ １　

。 出现了各种不同的多自由度 ＭＶＧ ｓ 美国卡内基 － 梅隆大学的 Ｋ ２ ０ ０ ９年， ｒ ｈ ａ ｎ Ｓ ａ ｏ － 　 高灵敏度 微 机 械 陀 螺， 如图 ｈ ｉ ｎ 等报道了一种宽 带 、 ［ ］ １ ２ 。 设 计 敏 感 所示 采 用 了 一 种 模 式 来 实 ｏ Ｆ ５ ２ －Ｄ 现大带宽而不会牺 牲 机 械 和 电 子 灵 敏 度 ， 同时还提 ， 灵敏度 高了器件的鲁 棒 性 。 陀 螺 的 带 宽 为 １ｋ Ｈ ｚ （ ） 偏置稳定性和角随机游走 为１ １μ Ｖ［ ° ｓ ］ ， ３
－１ －１

虑驱动方法的影 响 作 用 ， 参 考 振 动 也 未 优 化， 此 外， 实验表明 ， 陀螺结 构 较 复 杂 ， 这 增 加 了 制 作 的 难 度， 且加工误差也对 陀 螺 精 度 有 较 大 影 响 。 此 后 ， 他们 对陀螺的灵敏度进 行 了 改 进 ， 优化了陀螺结构和参
１ ５］ ， 优化后的 Ｐ 考振动 ［ Ｔ 棱 柱 体 大 小 为 ４ ｍｍ× Ｚ

参考振动的驱动频率达到了２ ４ｍｍ×３ｍｍ， ０． ８ ６ －１ ， 有效速度为 ２ ８ ９． ２ ４ １μ ｍ·ｓ 。 图 ６ 为 陀 ｋ Ｈ ｚ ０ ５ 　 螺器件结构 和 实 物 照 片 。 图 中 ， Ｄ ｒ－ 为 驱 动 Ｄ ｒ＋ ， 电极 ； Ｄ １ ～Ｄ ８ 为检测电极 。

） ／ ） ／ （ 分别为 １ ｈ。 １（ ° ｈ 和 １． １ ５（ ° ＡＲＷ） ３ 槡

图 ６　 上海交通大学研制的 Ｐ ＶＧ

２． ２． ２　 固态声学陀螺 固态陀螺是指在陀螺结构中不存在作整体运动 部件的角速度敏 感 装 置 ， 无 弹 性 支 撑 结 构， 抗 冲 击、 抗震动力强 ， 对 真 空 封 装 没 有 特 别 的 要 求。上 文 报
图 ５　 卡内基 －梅隆大学的 ２ Ｆ 陀螺结构示意图 ｏ －Ｄ

道的压电振 动 陀 螺 属 于 固 态 陀 螺 ； 此 外， 声表面波 （ 陀螺和声体波 （ 陀螺称为固态声学陀 Ｂ ＡＷ ） Ｓ ＡＷ） 螺。 Ｓ ＡＷ 的质点位移 在 由 垂 直 于 介 质 表 面 和 平 行 于声波传播方向的 平 面 内 沿 椭 圆 轨 迹 运 动 ， 垂直于 这个平面的旋转矢量由于引入哥氏力和离心力的作 这就是传统意义上 用会引起 Ｓ ＡＷ 相 速 度 的 变 化 ， 的Ｓ 通过将 Ｓ ＡＷ 陀 螺 效 应 ， ＡＷ 相 速 度 变 化 转 变 日 成频 率 输 出 ， 即可制成 Ｓ ９ ８ 年， ＡＷ 陀 螺 仪 。１ ９ 本学者 Ｋ Ｙ Ｘ－ ｒ ａ ｓ ａ ｖ ａ等 首 先 报 道 了 一 种 采 用 １ ８ ° ｕ ２
６ 。通过在 Ｓ ＡＷ 陀 螺 设 计 思 想 １ Ｌ ｉ Ｎ ｂ Ｏ ＡＷ ３的 Ｓ 双端对谐振器的换能器之间有规律地置入一系列的 ［ ］

） ２． ２　 微机械压电振动陀螺 （ Ｇ ｓ Ｐ Ｖ 微机械压电振动陀螺按采用材料的不同可分为 压电陶瓷微机械振 动 陀 螺 、 固态声学陀螺和石英微 机械陀螺 。 ２． １　 压电陶瓷微机械振动陀螺 ２． 与传 统 微 机 械 振 动 陀 螺 相 比 ， 压电陶瓷微机械 振动陀螺 不 需 弹 性 元 件 和 检 测 质 量 这 样 的 运 动 部 件， 而由压电材料本身构成振子完成陀螺功能 ， 因此 具有优良的鲁棒性 ， 宽的检测范围和更高的抗外部 冲击和震动性能 ， 能工作在大气环境且勿需专门的 真空封装 。 日本兵 库 大 学 的 Ｋ．Ｍ ０ ６年， ａ ｅ ｎ ａ ｋ ａ等 报 道 ２ ０ 了一种新型的压电 振 动 固 态 微 机 械 陀 螺 ， 其结构较 棱柱体构 简单 ， 仅由一个 带 电 极 的 锆 钛 酸 铅 （ Ｔ） Ｐ Ｚ 成
［ １ ３］

金属点 ，从而敏感于 哥 氏 力 ，并 在 垂 直 方 向 激 励 出 与谐 振 器 内 同 频 率 的 Ｓ ＡＷ ，其 设 计 思 想 为 Ｓ ＡＷ 陀螺提供了可实现的道 路 。２ 韩国亚洲大学 １ ２ 年， ０ 的Ｈ ｅ ｋ ｗ ａ ｎ Ｏ ｈ等 报 道 了 采 用 硅 基 片 上 的 两 个 单 ａ 　 ［７］ 。这种双轴 Ｓ 轴Ｓ ＡＷ 陀 螺 检 测 双 轴 角 速 率 １ ＡＷ 陀螺工作于行波模式 ， 外部电路结构简单 ， 制作成本 低 。 实现的 Ｓ ＡＷ 陀螺的 ｙ 轴检测灵敏度和线 性度 ／ （ ） ／ ； 分别为 ４ ｘ 轴的灵敏度和 ２ 和 ０． ９ ０ ７Ｈ ｚ ° ｓ ５． ３ ／ （ ） ／ 。 图 ７ 为这 线性度分别为 ２ ３ ４ 和 ０． ８ ３ ７Ｈ ｚ ° ｓ ７． 种陀螺的剖视图 。

。 它利用 Ｐ 以第２ Ｔ 的逆 压 电 效 应 激 振 ， Ｚ ９阶

纵向谐振模态作为 参 考 线 振 动 ， 利用压电效应检出 角速率信号 。 然而 ， 这种结构只对一个方向上的转 动敏感 ， 要检测双轴角速度 ， 就需两个单轴陀螺呈精 上海交 确正交排列 ， 这 易 产 生 制 作 误 差 。２ ０ ９ 年， ０ 通大学的 Ｙ ｎ Ｌ ｕ 等提出了一种具有高抗冲击性 ｉ ｅ ｇ ｐ 　 能的双轴 压 电 振 动 微 机 械 陀 螺
［ １ ４］

。但该设计未考

２ ９ 　５

压　电　与　声　光

２ ０ １ ４年　

图 ７　 韩国亚洲大学的双轴 Ｓ ＡＷ 陀螺剖面图

可 借 助 电、 磁、 光、 热、 Ｂ ＡＷ 是一种 微 波 超 声 ， 超导隧道结等多种 方 法 来 产 生 体 声 波 ， 常用方法为 压电激励 ， 即在压电 单 晶 薄 片 或 压 电 薄 膜 上 施 加 交 变场 ， 激发沿厚度方向的基频或谐频共振 ， 从而获得 美国佐治亚理工学院的 高 频 体 声 波 。２ ０ ６ 年， ０
［８］ 。 ｕ ｒ ｉ Ｊ ｏ ｈ ａ ｒ ｉ等 首 先 提 出 利 用 Ｂ ＡＷ 制 作 陀 螺 １ Ｈ ｏ 　 陀螺采用 ＨＡＲ Ｐ Ｓ Ｓ 工艺制作在 ５ Ｏ Ｉ基片 ０μ ｍ 厚Ｓ ， 上， 工作频 率 ５． 获得的 Ｑ 值超过２ ９ ＭＨ ｚ ０ ０ ０ ０， ０ 　

２． ２． ３　 石英微机械陀螺 石英 微 机 械 陀 螺 属 于 振 动 陀 螺 ， 基于哥氏加速 度效应原理工作 ， 是 一 种 微 型 固 态 陀 螺。石 英 微 机 械陀螺采用压电石 英 晶 体 作 为 基 体 材 料 ， 通过石英 振动体上的驱动电极和检测电极来实现驱动模态的 激励和检测模态信 号 的 敏 感 ； 石英微机械陀螺采用 微机械一体化工 艺 加 工 ， 具 有 精 度 高， 体 积 小， 可靠 性高及环境适应性好等优点 ， 可广泛应用在稳定 、 控 ［ ２ １］ 制、 制导 、 导航等领域 。 美国 Ｂ Ｅ Ｉ公 司 Ｓ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ Ｄ ｏ ｎ ｎ ｅ ｒ分 公 司 在 石 英 　 ｙ 微机械陀螺 的 研 制 领 域 处 于 世 界 领 先 水 平 。２ ０世 该公司 研 制 了 一 种 双 端 音 叉 陀 螺 ， 纪９ 如图 ０ 年代 ， ［ ２ ２］ 。 陀螺结 所示 构 采 用 驱 动 音 叉 和 敏 感 音 叉 分 １ ０ 离的形式 ， 通过将驱 动 振 动 和 敏 感 振 动 隔 离 来 减 小 耦合误差 。 陀螺制 作 采 用 湿 法 刻 蚀 工 艺 ， 最小尺寸 动态范围 为 ８． １ ２ ｍｍ ×４． ２ ｍｍ ×０． ２ ５ ｍｍ， （ ） ／ ， ， 非 线 带 宽大于６ 性 度 小 于 ０ ０° ｓ ０ ５％ ±１ ０ ０． ０ 　 ， ） ／ 。 此后 ， 灵位稳定性小于０． 石英微机械 ｚ ０ １（ ° ｓ Ｈ 陀螺由实验室研究 进 入 大 规 模 实 用 化 和 商 业 化 ， 其 研制 的 ＱＲ Ｓ １ １、 ＱＲ Ｓ １ １ ６、 ＱＲ Ｓ １ ４系列单轴石英微 多 轴 石 英 微 机械陀螺被广泛应 机械陀螺和 ＱＲ Ｓ ２ ８ 用于飞机导航 、 稳 定 控 制、 武 器 制 导 等 领 域， 是目前 市 场 上 应 用 最 广 泛、 综合性能最好的微陀螺产 ］ ２ ２ ３ ５ － 。 品［

该学 院的 Ｗ ｋ ｕ ｎ Ｄ Ｃ 极化电压 ５Ｖ。２ ０ １ ０年， ｎ ａ － ｙ ｇ ｇ ［ １ ９］ 。 陀 螺 等报道了 陀 螺 一 种 双 轴 轮 辐 Ｓ ｕ ｎ Ｂ ＡＷ ｇ ， 的工作频率为 ３． 器件厚为６ 电容间 １ ２ ＭＨ ｚ ０μ ｍ， ， 极化电压１ 隙２ ０ｎ ｍ， －１ｄ Ｂ 带宽为１． ５ｋ Ｈ ｚ ０ ０Ｖ， ／ （ ） ） ／ ／ ， 速率敏感度 １ 动态范围３ ０μ Ｖ ° ０ ０（ ° ｓ ５． ０ ０ 　 。 。 ｓ 图 ８ 为该陀螺的结构图

图 ８　 佐治亚理工学院的 Ｂ ＡＷ 陀螺结构示意图

佐治亚理工学院的 Ｒ ２ ０ １ ３年， ｏ ｚ ｂ ｅ ｈ Ｔ ａ ｂ ｒ ｉ ｚ ｉ ａ ｎ ｏ 　 报道了一种利用压电换能的高频谐振矩形 Ｂ ＡＷ 陀 螺
［ ２ ０］

图１ Ｅ Ｉ公司 Ｓ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ Ｄ ｏ ｎ ｎ ｅ ｒ分公司的 Ｑ Ｓ １ １ Ｒ ０　Ｂ 　 ｙ 石英微机械陀螺

。 采用正交 挠 性 谐 振 模 式 的 简 并 模 式 对 来 提

供对应于 ｚ 轴 转 动 的 哥 氏 谐 振 陀 螺 的 能 量 交 换 通 道， Ｎ 薄膜为驱动和敏感模式提供高效的电 －机换 Ａ ｌ 能， 勿需施 加 任 何 Ｄ Ｃ 极 化 电 压。 陀 螺 采 用 简 单 ４ 频 层掩模制 作 ， 大小为３ ０μ ｍ×３ ０ ０μ ｍ×２ ０μ ｍ， ０ ， ／ （ ） ／ 。 率１ １ ＭＨ ｚ 线性速率敏感度为２ ０． ３ ８μ Ｖ ° ｓ 图 ９ 为这种陀螺的驱动和敏感谐振模式 。

中国 电 科 第 ２ ６所是国内从事石英微机械陀螺 研制的主要单位之 一 ， 已研制出单轴和三轴石英微 中国电科２ 机械陀螺的 相 关 产 品 。２ １ １ 年， ０ ６所报 ２ ６］ ： 测 道了研制的石英微机械陀螺的 典 型 性 能 指 标 ［ ） ／ （ ， ） 量范围 ±１ 可 调） 零偏稳定性（ ０ ０（ ° ｓ ０ １ １ σ ≤０． （ ） ／ ， ， （ ） ／ ， 带宽 分 辨 工 作 率 温 ° ｓ ０Ｈ ｚ ０ ０ ４ ° ｓ ≥６ ≤０． 度范围为 －４ ０～８ ０ ℃。 目前 ， 石英微机械陀螺技术发展较为成熟 ， 未来 将朝着小尺寸 ， 多轴化和高精度方向发展 。 ３　 悬浮转子陀螺 ２． 悬浮转子陀螺可分为微机械静电悬浮转子陀螺 ） ） 。 静电 （ 和微机械磁悬浮转子陀螺 （ Ｓ Ｇ ｓ Ｇ ｓ ＭＥ ＭＳ 悬浮转子陀螺分为 静 电 吸 力 和 静 电 斥 力 悬 浮 两 种 ；

图 ９　 佐治亚理工学院的矩形 Ｂ ＡＷ 陀螺的 驱动和敏感谐振模式

磁悬浮转子陀螺分 为 电 磁 吸 力 悬 浮 、 抗磁悬浮和静 电斥力悬浮 ３ 种 。 目 前 ， 研究较成功的悬浮转子陀

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微机械陀螺仪的新进展及发展趋势 许昕等 ：

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螺是电磁斥力悬浮转子陀螺和静电吸力悬浮转子陀 螺 。 两者均通过使悬浮于平衡位置的转子高速旋转 来获得恒定角动量 并 产 生 陀 螺 效 应 ， 借助力矩再平 衡回路来测量双输入轴角速度 。 悬浮转子微陀螺的 优势是克服了振动式微机械陀螺所固有的正交误差 问题 ， 无需频率调 谐 ， 可 获 得 较 高 的 陀 螺 精 度， 微转 子可同时检测两轴 角 速 度 和 三 轴 线 加 速 度 ， 能降低 的器件尺寸和研制成本 。 微惯性测量组合 （ ＭＵ） Ｍ Ｉ ） 。静电 ）微机械静 电 悬 浮 转 子 陀 螺 （ Ｓ Ｇ ｓ １ ＭＥ 悬浮转子陀螺工作 时 ， 陀螺转子维持悬浮在壳体的 零位平衡位置并高速旋转 ， 产生陀螺效应 ， 然后借助 力矩再平衡原理来测量双输入轴角速度 。 日本 Ｔ ０ ３年， ｏ ｋ ｉ ｍ ｅ ｃ公司首次研制出环形转 ２ ０ ［ ２ ７］ 子静电悬 浮 微 陀 螺 。 设 计 的 器 件 采 用 深 反 应 离 ／ 工艺制作 ， 子刻蚀 （ 转子转速达到了１ Ｉ Ｅ） ０ ０ｒ Ｄ Ｒ ２ ３ 　 ／ （ ） ） ／ ／ ， 陀螺敏感度 ６． 噪 声 级 ０． ５ ｍＶ ° １ ５（ ° ｍ ｉ ｍ， ｓ ／ １ ２ ） ／ ， 。 此后 ， 分辨率 ０． 带宽 １ 该公 司 ｈ ， ０ ５（ ° ｓ ０Ｈ ｚ 对 陀 螺 性 能 作 了 进 一 步 改 进， 转子转速达到了 ／ ， ） ／ ， 稳定性 ０． 角随机游走０． ０ ０ｒ ｍ ｉ ｎ ０ １（ ° ｓ ０ ８ ５ ７ ４ ０ 　 ／ １ ２［ ２ ８］ 。 目前 ， （ ） ／ Ｔ ｏ ° ｈ ｋ ｉ ｍ ｅ ｃ公 司 的 静 电 悬 浮 微 陀 螺已投入市场使用 。 清华大学提出了 一 种 采 用 自 旋 环 形 转 １ ２年， ２ ０ ， 一个 子的 ＭＥ 三 Ｓ Ｇ ５ 自由度电子轴承使转子悬浮 ， 相可变电容电机驱 动 转 子 旋 转 ， 电子轴承使转子无 接触悬浮 ， 从而使转 子 能 绕 与 自 旋 轴 正 交 垂 直 的 两 个输入 轴 进 动 ； 因 此， 这 种 ＭＥ Ｓ Ｇ 可用作２自由度 角速率传感器检测 进 动 感 应 转 矩 ， 其结构和实物照 片如图 １ １ 所示 。 原 型 陀 螺 采 用 体 微 机 械 加 工 工 艺 ／ 制作 ， 器件在高真空环境下的转速达到了 １ ８ ５ｒ ０ ０ 　 ， ） ／ ， 陀螺的输入范围为 ±１ 标度因子 ３ ｍ ｉ ｎ ０ ０（ ° ｓ ８ ９． ， ／ （ ） ） ／ ／槡 ／ ， 偏置稳定性 噪声 级 ０． Ｈ ｚ ｍＶ ° ０ １ ５（ ° ｓ ｓ ［ ］ ２ ９ 。 （ ） ／ ９ ５° ｈ ５ ０．
图１ Ｓ Ｇ １　 清华大学的 ＭＥ

）磁悬 浮 转 子 陀 螺 （ 。 ＭＳ ２ Ｇ） Ｇ 利用磁力 ＭＳ （ 或电磁力 ） 作为支 撑 使 转 子 悬 浮 并 转 动 ， 同静电悬 浮转子陀螺相比 ， 磁 悬 浮 陀 螺 勿 需 高 压 和 真 空。将 磁悬浮技术与 ＭＥＭＳ 技 术 结 合 实 现 的 磁 悬 浮 微 机 械陀螺克 服 了 普 通 振 动 式 微 机 械 陀 螺 精 度 低 的 缺 点， 同时具有体积 小 ， 质 量 轻， 功耗低且可集成等优 点， 有广阔的发展空间和应用前景 ， 是陀螺发展的一 个重要方向之一 。 磁 悬 浮 陀 螺 的 研 究 开 始 于 ２ ０世 纪９ 现 在 仍 处 于 实 验 室 研 究 阶 段， 电磁 ０ 年代中期 ， 阻尼和涡流生热问 题 是 磁 悬 浮 陀 螺 研 究 的 瓶 颈 ， 电 磁阻尼限制了转子 转 速 的 进 一 步 提 高 ， 涡流生热则 使器件的功耗较高 ， 难以满足微系统集成的要求 ； 此 外， 磁悬浮陀螺的侧向刚度较低 ， 限制了转子悬浮和 旋转的稳定性 ， 这些 问 题 都 是 未 来 磁 悬 浮 陀 螺 发 展 需要重点关注的问题 。 英国谢菲尔德大 学 的 一 个 研 究 团 队 提 ９ ７年， １ ９ 出磁悬浮微陀螺并 对 其 进 行 了 研 究 ， 其结构主要由 上壳体 、 基体 、 微转子 、 平面线圈和敏感电极组成 （ 见
［ ３ ０］ 。 其工 作 原 理 为 在 悬 浮 线 圈 施 加 高 频 电 ） 图１ ２

流， 产生的电磁场将在铝转子中产生感应涡流 ， 该涡 流与线圈磁场相互作用 ， 产生电磁斥力使转子悬浮 ； 在线圈中叠加多相 电 流 ， 产生旋转磁场使转子高速 转动 ， 从而产生 陀 螺 效 应 。 侧 向 稳 定 线 圈 的 直 径 设 计成大于转子直径 ， 用于产生侧向恢复力 ， 使转子稳 定在线圈中心的 平 衡 位 置 。 为 了 减 小 激 励 电 流 ， 线 圈下面有磁性底层 ， 作用是为磁通提供一个低阻磁 路， 增大磁通 。 当转 子 在 外 力 作 用 下 有 相 对 线 圈 平 面的倾角时 ， 检 测 电 容 的 值 会 发 生 变 化。通 过 测 量 这个变化就可测出角速度的大小 。 该陀螺还可测量 转 子 轴 向 的 加 速 度 。 此 后 ，他 们 对 直 径 为 厚为 １ ０μ ｍ、 ２μ ｍ 的微转子进行了悬浮和 旋 转 ２ ?５ 实验 ， 得到了悬浮高度和通过电流间的关系曲线 ， 并 ／ 得到 １ ０ｒ ｍ ｉ ｎ 的最 大 转 动 角 速 度 。 分 析 与 仿 真 ０ ０ 　 结果表明 ， 在 这 种 陀 螺 设 计 中， 当微转子的转速为 ／ ） ／ ／槡 的角速度灵 能得到 ０． Ｈ ｚ ０ｒ ｍ ｉ ｎ时， ４（ ° ｓ １ ０ ０ 　

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／ 敏度 ； 当转速达到１ 能 得 到 ０． ０ ０ｒ ｍ ｉ ｎ 时， ０ ０ ４ ０ ０ 　
３ １］ 。 （ ） ／ ／槡 的分辨率 ［ Ｈ ｚ ° ｓ

量范围无限 ， 综合 运 用 了 量 子 物 理 、 光、 电磁和微电
３ ３］ 。目 子等领域技术 ， 是未来陀螺 仪 发 展 的 新 方 向 ［

前核磁共振陀螺技 术 尚 不 成 熟 ， 其真正应用仍面临 核磁共振腔微加工 技 术 、 核磁共振腔包层设计与工 艺实现及剩磁场的抑制和屏蔽等技术挑战 。 ２　 微原子陀螺 （ Ｇ） ３． ＭＡ 随着 原 子 光 学 实 验 技 术 的 进 步 ， 特别是激光冷 却和操控原子技术 的 发 展 ， 产生了一种全新的惯性
图１ ２　 谢菲尔德大学的磁悬浮微陀螺结构剖面图

— 原子 干 涉 陀 螺 仪 ， — 测量传感器 — 有望在新一代惯 性导航技术中开辟 全 新 的 技 术 途 径 ， 不使用全球定 ） 或 其 他 外 部 辅 助 技 术， 就能实现误差 位系统 （ Ｓ Ｇ Ｐ
［４］ 。目前原子陀螺仪大多 ／ 低于 ５ｍ ｈ的 导 航 能 力 ３

中国电 子 科 技 大 学 的 Ｇ ２ ０ ０ ９年， ｎ Ｘ ｕ ｅ等 提 ａ ｇ 　 ， 出了一种 Ｌ Ｃ 调谐磁悬浮转子陀螺 图 １ ３为这种陀
３ ２］ 。 陀 螺 由 悬 浮 电 磁 体、 转子和定子构 螺的结 构 ［

位于陀螺中心 ， 成； 转子厚约 ７ 悬浮电磁体由 ０μ ｍ， ０ 带线圈的铁氧体磁 芯 构 成 ， 与同样数量的电容串联 连接 ， 这些悬浮部件位于转子的正 上 方 和 下 方 ； ６极 周 围 是 ８ 极 转 子。 当 转 子 ３ 相定 子 上 有 ６ 个 线 圈 ， 发生位移时 ， 可检测出上 、 下电磁体电压间的压差 。

还处于实验室原理 样 机 阶 段 ， 工程实用化研究将是 未来发展的重点 。 ３　 超流体陀螺 ３． 超流体陀螺基于低温氦的特殊量子物理效应工 作， 具有精度高 ， 体积小 ， 动态测量范围小的特点 ， 可 适用于深空探测 、 卫星 、 核潜艇导航等领域 。 在超流 体陀 螺 的 原 理 方 案 设 计 、 微／纳 米 加 工 制 造 技 术 、 制 冷技术 、 误差分析等 方 面 是 未 来 研 制 亟 待 解 决 的 问 题。

４　 结束语
随着 ＭＥＭＳ 技术的发展 ， 微机械陀螺仪以其质 量轻 ， 体积小 ， 成本低 ， 可靠性好 ， 稳定性高及功耗低 等优点在汽车导航 、 消费电子 、 工业控制 、 航空航天 、
图１ ３　 电子科技大学的磁悬浮陀螺结构示意图

军事等领域拥有广阔的市场和发展前景 。 根据其工 作原理和采用材料 的 不 同 ， 微机械陀螺可分为硅基 微机械振动陀螺 、 微机械压电振动陀螺 、 微机械悬浮 转子陀螺等 。 目前 ， 硅基微机械振动陀螺和石英微 机械陀螺 是 市 场 上 使 用 最 多 且 相 对 较 成 熟 的 陀 螺 仪， 但由于受 ＭＥＭＳ 工艺加工精度的限制及设计的 局限性 ， 仍停留在速 率 级 水 平 上 而 未 取 得 性 能 上 质 的飞跃 。 未来微机 械 陀 螺 将 朝 着 核 磁 共 振 陀 螺 、 微 原子陀螺和超流体陀螺方向发展 。 参考文献 ：
［ ］ ＹＡ ［ ］ １ Ｚ Ｄ Ｉ Ｎ． Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｄ ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ｉ ａ ｌ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｓ Ｊ ． Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｅ ｄ － 　 　 　 ， ， （ ） ： ｆ ｔ ｈ ｅ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ１ ９ ９ ８ ８ ６８ １ ６ ４ ０ ５ ９． ｉ ｎ ｓ ｏ １ ６ 　 　 － 　 ｇ ［ ） ／ ２］ Ｓ ＨＡ ＲＭＡ　 Ａ．０． １（ ° Ｈ ｒ ｂ ｉ ａ ｓ ｄ ｒ ｉ ｆ ｔ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ 　 　 　 ｙ ／ ／ ， ［ ］ Ｔ ｕ ｃ ｓ ｏ ｎ ｍ ａ ｔ ｃ ｈ ｅ ｄ ｔ ｕ ｎ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｋ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ Ｃ 　 　 ｇ ｇ ｙ ｐ 　 Ｕ Ｓ Ａ： Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｅ ｄ ｉ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ２ １ ｓ ｔ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃ ｏ ｎ － 　 　 　 　 　 　 ｇ ， ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｎ ＭＥＭ Ｓ ２ ０ ０ ８． ｆ ｅ 　 　 ［ ］ Ｘ ３ Ｉ Ｅ Ｌ． Ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｔ ｒ ｉ － 　 　 　 　 　 　 ｙ ｙ ｇ 　

３　 微机械陀螺的未来发展趋势
从２ 基于不同原理 、 材料的 ０ 世纪 ８ ０ 年代开始 ， 微机械陀螺经数十年的发展 ， 无论在结构 、 精度还是 成本上均有巨大发展 。 但目前微机械陀螺的精度在 总体上仍处于速率级水平 ， 性能还未获得质的飞跃 。 未来微机械陀螺将朝两个方向发展 ： ）在现有器 件 的 基 础 上 沿 着 低 成 本 和 商 业 化 １ 的道路前进 。 ）通过技术 原 理 的 创 新 来 进 一 步 提 高 陀 螺 的 ２ 、 微原子陀 精度和稳 定 性 ， 核磁共振陀螺（ Ｇ） ＮＭＲ 和超 流 体 陀 螺 将 是 未 来 微 机 械 陀 螺 的 主 螺（ ＭＡＧ） 要发展方向 。 １　 核磁共振陀螺 （ Ｇ） ３． ＮＭＲ ＮＭＲ Ｇ 是利用核磁共振原理工作的固态陀螺 。 它无运动部件 ， 性能由原子材料决定 ， 理论上动态测

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微机械陀螺仪的新进展及发展趋势 许昕等 ：

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／ ／ ｓ ｓ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｄ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ［ Ｃ］ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｚ ｍ ａ 　 　 　 － ｇ ｙ ｐ ： ｈ ｅ ｎ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｅ ｄ ｉ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ２ ０ ０ ９ ４ ｔ ｈ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ 　 　 　 　 　 　 ｇ ／ Ｃ ｏ ｎ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｎ Ｎ ａ ｎ ｏ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ Ｍ ｏ ｌ ｅ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ 　 　 　 ｇ 　 　 ， Ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ２ ０ ０ ９． ｙ ［ ］ Ｓ ４ ＨＡ ＲＭＡ　 Ａ． Ａ ｈ ｉ ｈ ｌ ａ ｎ ｅ Ｓ Ｏ Ｉ Ｔ ｕ ｎ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｋ ｎ 　 　 　 　 －Ｑｉ －ｐ － ｇ ｇ ｇ ｙ 　 ［ ／ ／ ， ： ｓ ｃ ｏ ｅ Ｃ］ ｅ ｎ ｎ ａ Ａ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｅ ｄ ｉ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｖ ｉ ｒ ｏ 　 　 　 ｐ ｇ ， Ｃ ｏ ｎ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｎ Ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｓ ２ ０ ０ ４． 　 　 ［ ５］ ＷＡ Ｌ ＴＨＥ Ｒ Ａ． Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ａ ３ Ｄｃ ａ ａ ｃ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ｒ ｏ 　 　 　 　 　 － ｐ ｐ ｇ ｙ ］ ｓ ｃ ｏ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ａ ｒ ａ ｓ ｉ ｔ ｉ ｃ ｃ ａ ａ ｃ ｉ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ［ Ｊ ． Ｊ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ － 　 　 　 　 　 ｐ ｐ ｐ ， ｃ ｈ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｅ ｎ ２ ０ １ ３， ２ ３： １ ｍ ｅ ８． 　 － ｇ ［ Ｓ Ａ Ｉ Ｃ． Ａ ＭＥＭ Ｓ ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｄ ｅ ｃ ｏ ｕ ｌ ｅ ｄ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ６］ Ｔ 　 　 　 　 　 ｙ ｐ ｇ ｙ ｐ 　 ［ ］ ｗ ｉ ｄ ｅ ｄ ｒ ｉ ｖ ｉ ｎ ｆ ｒ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ ｒ ａ ｎ ｅＪ ． Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ Ｉ ｎ ｄ Ｅ 　 　 　 　 － ｇ ｑ ｙ ｇ 　 　 ， ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ２ ０ １ ２， ５ ９： ４ ９ ２ １ ２ ９． ｌ ｅ ４ ９ － ［ ］ ＡＹＡ ７ Ｚ Ｉ Ｆ． Ａ　 ＨＡ Ｒ Ｐ Ｓ Ｓ ｏ ｌ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｒ ｉ ｎ ｒ ｏ 　 　 　 － ｐ ｙ ｇ ｇ ｇ ｙ 　 　 ［ ］ ， ， ： ｏ ｅ Ｊ ． Ｊ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｓ ｔ ２ ０ ０ １ １ ０ １ ６ ９ ｓ ｃ 　 　ｙ － ｐ ７ ９． １ ［ ］ ＨＥ ８ Ｇ． Ａ ｓ ｉ ｎ ｌ ｅ ｔ ａ ｌ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｒ ｉ ｎ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｃ ｒ ｓ 　 　 　 　 － ｇ ｇ ｇ ｇ ｙ ｐ ｙ 　 　 ［ ／ ／ ， Ｃ］ Ｌ ａ ｓ Ｖ ｅ ａ ｓ Ｕ Ｓ Ａ： Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｅ ｄ ｉ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｆ ｉ ｆ ｔ ｅ ｅ ｎ ｔ ｈ 　 　 　 　 ｇ ｇ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｎ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ Ｍ ｅ 　 　 　 　 　 　 － ， ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ２ ０ ０ ２： ７ １ ８ １． ｃ ｈ ７ ２ 　 － ｙ ［ ｒ ｉ ｎ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ９］ ＷＡＮＧ Ｊ ． Ａ　 ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｄ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ 　 　 ｇ ｇ ｙ ｐ ｇ 　 　 ｓ ｍｍ ｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｈ ａ ｒ ｓ ｈ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ｗ ｉ ｔ ｈ ｈ ｉ ｈ ｌ 　 　 　 　 　 ｙ ｇ ｙ 　 ［ ／ ／ ：Ｐ Ｃ］ ａ ｍ ｅ ｎ ｒ ｏ ｃ ｅ ｅ ｄ ｉ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ５ ｔ ｈ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ Ｘ ｉ 　 　 　 　 　 － ｇ ／Ｍ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｎ Ｎ ａ ｎ ｏ ｉ ｃ ｒ ｏ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ Ｍ ｏ ｔ ｉ 　 　 　 　 　 　 － ｇ ， ｌ ｅ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ Ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ２ ０ １ ０． 　 ｙ ［ ］ Ｌ １ ０ Ｉ Ｕ Ｊ ． Ｒ ｅ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｍ ｉ － 　 　 　 　 ｇ ｇ ｐ ｇ 　 ｒ ｆ ｅ ｅ ｄ ｂ ａ ｃ ｋ ｒ ｉ ｎ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｂ ｏ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｄ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｃ 　 　 ｇ ｇ ｙ ｐ ｙ ｇ 　 　 　 ［ ］ ， ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｊ ． Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ Ｎ ａ ｎ ｏ Ｌ ｅ ｔ ｔ ２ ０ １ ２， ７： １ ２ ３ ４ ３ ６． １ ２ 　 　 － ［ ］ Ａ １ １ Ｃ Ａ Ｒ Ｃ． Ａ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ａ ｒ ｏ ａ ｃ ｈ ｆ ｏ ｒ ｒ ｏ ｂ ｕ ｓ ｔ ｎ ｅ ｓ ｓ ｉ ｍ ｒ ｏ ｖ ｅ － 　 　 　 　 　 　 ｇ ｐ ｐ ｐ ／ ／ ， ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｒ ａ ｔ ｅ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｓ［ Ｃ］ Ｈ ｉ ｌ ｔ ｏ ｎ Ｕ Ｓ Ａ： Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｅ ｄ － 　 　 　 ｇ ｙ ｐ ｉ ｎ ｓ ｏ ａ ｎ ｄ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｎ Ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ 　 　 　 　 　 　 ｇ ｇ 　 ， Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ２ ０ ０ １． 　 　 ｙ ［ ］ Ｓ ｒ ｏ ｎ ｄ ｗ ｉ ｄ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｈ ｉ ｈ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｂ ａ ｓ ｅ １ ２ ＡＨ Ｉ Ｎ　 Ｋ． Ａ　 ｗ ｉ ｄ ｅ 　 　 － － － ｇ ｙ 　 ［ ］ ， ｂ ｕ ２ ０ ０ ９ ｓ ｔ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ Ｊ ． Ｊ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｍ ｅ ｃ ｈ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｅ ｎ 　 　 　 ｇ ｙ ｐ ｇ （ ） ： ８． １ ９ １ － ［ ／ ／ ［ ］ ＭＡ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ Ｃ］ Ｉ ｓ ｒ １ ３ Ｅ ＮＡＫＡ　 Ｋ． Ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ － － 　 　 ｐ ｇ ｙ ， ： ｎ ｂ ｕ ｌ Ｔ ｕ ｒ ｋ ｅ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｅ ｄ ｉ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｃ ｏ ｎ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｔ ａ 　 　 　 　 ｇ ｙ ， ｏ ｎ ＭＥＭ Ｓ ２ ０ ０ ６． 　 ［ ］ Ｌ １ ４ Ｕ　 Ｙ ｉ ｅ ｎ ． Ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｂ ｉ ａ ｘ ｉ ａ ｌ 　 　 　 　 　 　 ｐ ｇ ｇ ｙ ／ ／ ｒ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ｓ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｍ ｏ ｄ ｅ ｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ［ Ｃ］ － 　 　 　 　 ｇ ｙ ｐ ｐ ： ｈ ｅ ｎ ｚ ｈ ｅ ｎ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｅ ｄ ｉ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ２ ０ ０ ９ ４ ｔ ｈ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ Ｓ 　 　 　 　 　 　 － ｇ ／Ｍ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｎ Ｎ ａ ｎ ｏ ｉ ｃ ｒ ｏ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ Ｍ ｏ ｔ ｉ 　 　 　 　 　 　 － ｇ ， ｃ ｕ ｌ ａ ｒ Ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ２ ０ ０ ９． ｌ ｅ 　 ｙ ［ ］ Ｌ １ ５ Ｕ　 Ｙ ｉ ｅ ｎ ． Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ａ ｔ ｗ ｏ － 　 　 　 　 　 　 ｐ ｇ ［ ］ ａ ｘ ａ ｉ ｓ ｉ ｅ ｚ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｄ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ Ｊ ． Ｊ Ｍ ｉ －ｍ － 　 　 　 　 ｐ ｇ ｙ ｐ ， ｏ ｍ ｅ ｃ ｈ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｅ ｎ ２ ０ １ ０，， ２ ０： １ ｃ ｒ ９． 　 － ｇ ［ ６］ ＫＵＲ Ｏ Ｓ ＡＷＡ　 Ｍ． Ａ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｗ ａ ｖ ｅ ｒ ｏ ｓ ｅ ｎ １ 　 　 　 　 　 － ｇ ｙ ［ ］ ／ ： ｓ ｏ ｒ Ｊ ． Ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ Ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ Ａ， １ ９ ９ ８， ６ ６（ １ ３） ３ ３ － 　 　 　 ３ ９． ［ ｘ ｉ ｓ ａ １ ７］ ＨＡ Ｅ ＫＷＡＮ　 Ｏ　 Ｈ． Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ ｄ ｕ ａ ｌ － 　 　 　 ｐ ［ ］ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｎ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｕ ｓ ｉ ｎ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｗ ａ ｖ ｅ Ｊ ． 　 　 　 ｇ ｇ ｙ ｐ ｇ 　 　 ， （ ） ： Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ２ ０ １ ２ ９ ７ ２ ５ ９ ４． ２ ６ 　 ｇ － ｇ ［ １ ８］ Ｊ ＯＨＡ Ｒ Ｉ Ｈ． Ｃ ａ ａ ｃ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ｂ ｕ ｌ ｋ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｗ ａ ｖ ｅ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ 　 　 　 　 　 ｐ

／ ／ ， ｄ ｉ ｓ ｋ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｓ［ Ｃ］ Ｓ ａ ｎ Ｆ ｒ ａ ｎ ｃ ｉ ｓ ｃ ｏ Ｕ Ｓ Ａ： Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｅ ｄ 　 　 － ｇ ｙ ｐ ， ｆ ｔ ｈ ｅ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ Ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ Ｍ ｅ ｅ ｔ ｉ ｎ ｉ ｎ ｓ ｏ 　 　 　 　 　 　 ｇ ｇ ２ ０ ０ ６． ［ ］ Ｓ １ ９ ＵＮＧ　 Ｗ　 Ｋ． Ａ ３ ＭＨ ｚ ｓ ｏ ｋ ｅ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ｗ ｉ ｄ ｅ 　 　 　 　 　 ｐ ｇ ｙ ｐ ／ ／Ｗ ， ｂ ａ ｎ ｄ ｗ ｉ ｄ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｌ ａ ｒ ｅ ｄ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｒ ａ ｎ ｅ［ Ｃ］ ａ ｎ ｃ ｈ ａ ｉ 　 　 　 　 ｇ ｙ ｇ ： Ｈ ｏ ｎ Ｋ ｏ ｎ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｅ ｄ ｉ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ２ ３ ｒ ｄ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ － 　 　 　 　 　 ｇ ｇ ｇ 　 ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｎ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｓ ｔ 　 　 　 　 　 　 － ｙ （ ） ， ｔ ｅ ｍ ｓ ＭＥＭ Ｓ ２ ０ １ ０． ［ ］ ＴＡ ｒ ｎ ｉ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ Ａ ｌ Ｎ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｏ ｆ ｏ ｓ ２ ０ Ｂ Ｒ Ｉ Ｚ Ｉ ＡＮ Ｒ． Ｈ ｉ ｈ 　 － － － － 　 ｑ ｙ ｇ 　 ］ ｎ ｔ ｓ ｕ ａ ｒ ｅ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｓ［ Ｊ ． Ｊ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｎ ａ 　 　 　 ｑ ｇ ｙ ｐ ， （ ） ： Ｓ ｓ ｔ ２ ０ １ ３， ２ ２ ５ １ ０ ０ ７ ０ ９． １ ０ － ｙ ［ ］ 林日 乐 ． 石英微机械陀螺抗高冲击能力的优化研究 ２ １ （ ） ： ［ ］ 压电与声光 ， １ ３， ３ ５ １ ５ ６ Ｊ ． ２ ０ ５ ８． － Ｌ Ｉ Ｎ Ｒ ｉ ｌ ｅ ． Ｏ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ａ ｎ ｔ ｉ ｈ ｉ ｈ ｓ ｈ ｏ ｃ ｋ ａ 　 　 　 　 　 　 　 － ｐ ｇ ［ ］ ｌ ｉ ｔ ｏ ｆ ｕ ａ ｒ ｔ ｚ ＭＥＭ Ｓ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ Ｊ ． Ｐ ｉ ｅ ｚ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ＆ ｂ ｉ 　 　 　 　 ｙ ｑ ｇ ｙ ｐ 　 ， （ ） ： Ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｏ ｏ ｔ ｉ ｃ ｓ ２ ０ １ ３， ３ ５ １ ５ ６ ５ ８． － ｐ ［ ］ ＭＡ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｕ ａ ｒ ｔ ｚ ｒ ｏ ｔ ａ ２ ２ Ｄ Ｎ Ｉ Ａ　 Ｍ． Ａ　 Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｅ ｌ 　 　 　 － － ｑ ／ ／ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｒ ａ ｔ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｆ ｏ ｒ ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ｉ ａ ｌ ａ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ［ Ｃ］ Ａ ｓ － 　 　 　 　 　 ｐ ｐ ｐ ， ｅ ｎ Ｕ Ｓ Ａ： Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｅ ｄ ｉ ｎ ｓ ｏ ｆ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ａ ｅ ｒ ｏ ｓ ａ ｃ ｅ Ａ ｌ ｉ ｃ ａ － 　 　 　 　 ｇ ｐ ｐ ｐ ， ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ Ｃ ｏ ｎ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ １ ９ ９ ６． 　 ／ ／ ／ ／ ： ［ ］ ｈ ｅ ｓ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ． ｃ ｏ ｍ ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ｉ ａ ｌ ｎ ｓ ｏ ｒ ｓ ｗｗｗ． ｓ ２ ３ ｔ ｔ － ｙ ｐ ［ ］ ＭＡ ２ ４ Ｄ Ｎ Ｉ Ａ　 Ｍ． Ｃ ｏ ｍｍ ｏ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｕ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｂ Ｅ Ｉ 　 　 　 　 　 　 － ｇ ｑ ｇ ｙ ｃ ｈ ｉ ｕ ａ ｒ ｔ ｚ ｒ ａ ｔ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｓ ｆ ｏ ｒ ｂ ｏ ｔ ｈ ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ｏ ｔ ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ｄ ｒ ｏ 　 　 　 　 　 　 ｐ ｑ 　 ／ ａ ｅ ｒ ｏ ｓ ａ ｃ ｅ ｄ ｅ ｆ ｅ ｎ ｓ ｅ ｍ ａ ｒ ｋ ｅ ｔ ｓ［ Ｊ］ ． Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｓ Ｊ ｏ ｕ ｒ 　 　 　 － ｐ ， （ ） ： ｌ ２ ０ ０ ３， ３ ５ ５ ６ ９ ８． ｎ ａ ５ ７ － ［ ］ ＭＡ ２ ５ Ｄ Ｎ Ｉ Ａ　 Ｍ． Ｆ ｕ ｌ ｌ ｃ ｉ ｒ ｃ ｌ ｅ ｃ ｏ ｍｍ ｅ ｒ ｃ ｉ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｄ ｕ ａ ｌ 　 　 　 　 　 　 － ［ ］ Ｊ ． ｅ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｄ ｕ ａ ｒ ｔ ｚ ｒ ａ ｔ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｕ ｓ 　 　 　 　 　 ｑ ｇ ｙ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ， ２ ０ ０ ５： ５ ２ ３ ６． ５ ２ － ［ ］ 林日 乐 ． ／ ／ ： 石 英 ＭＥＭ 惯性技术发展 ２ ６ Ｓ陀螺［ Ｃ］ ｌ ． Ｓ． 动态发展方向研讨会文集 ， １ １． ２ ０ ［ ］ ＭＵＲ ｓ ｈ ｌ ｅ ｖ ｉ ｔ ａ ｔ ｅ ｄ ｒ ｉ ｎ ２ ７ ＡＫＯ Ｓ Ｈ Ｉ Ｔ． Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ａ － － 　 　 ｇ ｙ 　 ／ ｒ ｏ ａ ｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ｏ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ［ Ｊ］ ． Ｊ ｎ Ｊ Ａ ｌ ｅ ｄ ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ 　 　 　 － ｙ ｐ ｐ ｐ ｐ ｇ ， Ｐ ｈ ｓ ２ ０ ０ ３， ４ ２： ２ ４ ６ ８ ２ ４ ７ ２． － ｙ ［ ］ ＮＡＫＡＭＵＲ ２ ８ Ａ Ｓ． ＭＥＭ Ｓ ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ｉ ａ ｌ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｔ ｏ ｗ ａ ｒ ｄ ｈ ｉ ｈ － 　 　 　 　 　 ｇ ／ ／ ： ｅ ｒ ａ ａ ｘ ＆ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ Ｃ］ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｉ ｓ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｎ Ｓ． ｌ ． Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｅ ｄ 　 － － 　 ｙ ｇ［ 　 ， ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ４ ｔ ｈ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｃ ｏ ｎ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｎ Ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｓ ２ ０ ０ ５． ｉ 　 　 　 　 　 　 　 ｇ ［ ］ ＨＡＮ ２ ９ Ｆ Ｔ． Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｄ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｓ ｕ ｓ ｅ ｎ ｄ ｅ ｄ 　 　 　 ｐ ｙ 　 ［ ］ ｒ ｉ ｎ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ａ ｓ ｉ ｎ ｎ ｉ ｎ ａ ｅ ｄ ｒ ｏ ｔ ｏ ｒ Ｊ ． Ｊ Ｍ ｉ ｓ ｈ 　 　 　 　 　 － － ｇ ｙ ｐ ｐ ｇ ｇ ｐ 　 ， ２ ０ １ ２， ２ ２： １ ｏ ｍ ｅ ｃ ｈ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｅ ｎ ｃ ｒ ９． 　 － ｇ ］ Ｗ ［ ０ Ｉ Ｌ Ｌ Ｉ ＡＭ Ｓ Ｃ Ｂ． Ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｌ ｉ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｏ ｆ ａ ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ３ 　 　 　 　 　 － ｇ ｇ 　 　 ］ ， ｓ ｓ ｌ ｅ ｖ ｉ ｔ ａ ｔ ｅ ｄ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ［ Ｊ ． Ｓ ｅ ｎ ｓ Ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ １ ９ ９ ７， ｌ ｅ 　 　 　 ６ ７： ４ ６ ９ ３． ４ ７ － ［ ］ Ｓ ３ １ ＨＥ Ａ ＲＷＯ Ｏ Ｄ Ｃ． Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ａ ｌ ｅ ｖ ｉ ｔ ａ ｔ ｅ ｄ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ － 　 　 　 　 　 ｐ ［ ］ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ ｆ ｏ ｒ ａ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｓ ａ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ Ｊ ． Ｓ ｅ ｎ ｓ Ａ ｃ ｔ ｕ ａ － 　 　 　 　 　 　 ｐ ｐ ｇ ｙ ｐ ， ｒ ｓ ２ ０ ０ ０， ８ ３： ８ ５ ｔ ｏ ９ ２． － ［ ］ ＸＵ ３ ２ Ｅ Ｇ ａ ｎ ． Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｏ ｆ ａ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ 　 　 　 　 　 ｇ ｇ ｇ ｇ ｙ ／ ／ ： Ｃ ｈ ｅ ｎ ｄ ｕ Ｐ ｒ ｏ ｓ ｕ ｓ ｅ ｎ ｄ ｅ ｄ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｒ ｏ ｔ ｏ ｔ ｅ［ Ｃ］ － 　 　 ｇ ｐ ｇ ｙ ｐ ｐ ｙ ｐ ｃ ｅ ｅ ｄ ｉ ｎ ｓ ｏ ｆ ２ ０ ０ ９Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｎ 　 　 　 　 　 ｇ Ａ ｌ ｉ ｅ ｄ Ｓ ｕ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ Ｄ ｅ － 　 　 　 ｐ ｐ ｐ ｙ ｇ 　 ， ｃ ｅ ｓ２ ０ ０ ９． ｖ ｉ ［ ］ 程向红 ．核 磁 共 振 陀 螺 仪 分 析 及 发 展 方 向 ［ ］ 中国 ３ ３ Ｊ ． （ ） ： 惯性技术学报 ， ２ ０ ０ ４， １ ４ ６ １ ５． － ］ 朱常兴 ． ］ ［ 原子惯性技术在航天航空 领 域 的 应 用 ［ 宇 ４ Ｊ ． ３ （ ） ： 航学报 ， ４． ２ ０ ０ ９， ３ ０ １ １ ８ ２ －



  本文关键词：微机械陀螺仪的新进展及发展趋势，由笔耕文化传播整理发布。