光纤陀螺发展趋势_微机械陀螺的发展现状
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第 33卷 2003
第3期 8
力
学
进
展
从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
微机械陀螺的发展现状 李新刚袁建平 ,
‘
西北工业大学航天工程学院
西安
7100
2 7
摘
要
MEMs随着对微电子机械系统 ( )的深入研究和取得的进展 , 、
,
属于 M E M S研究内容之一的微机械陀螺 .
,
在汽车工业需求的推动下
已经成为过去几十年内广泛研究和发展的主题 、
微机械陀螺与传统机械式陀螺 , 、
、
固体陀
螺
、
光学陀螺等相比 .
,
具有成本低 、
尺寸小
、
重量轻
可靠性高等优点其精度正不断得到提高 、
,
应用领域也随之 ,
不断扩大
本文首先简要介绍了微机械陀螺的定义及特征 、 .
性能指标
、
工作原理 ,
分类以及加工技术
随后对已出
现的不同类型微机械陀螺的结构加工方式工作原理以及性能进行了综述 发展趋势进行了展望关键词 ,
最后对微机械陀螺的商业化现状以及
M E M S微机械
,
陀螺
,
哥氏加速度加工
,
1
引
言
德文缩写 ) 2
、
键合与化学机械磨光等
2一4【}
微机械的研究与制造已形成了一个广泛的领
微机械陀螺的工作原理 v ib大部分微机械陀螺属于振动陀螺 ( a tr r o
域在欧洲称为微系统技术 M ,
sT e i
m ic r o ( ro
sy st e
m
teCh -
no
lo g y )
,
m在日本称为微机械 ( s y s te e ll
m
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es
)在其他 ,
y
y g
-
m国家则称为微电子机械系统 M E M S ( m ee r
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e
le e t r o
-
c oe o s r P
,
vG
)本文所述的微机械陀螺均指振动陀 ,
h k
a n o
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m
s
)
.
1998 u
年欧洲的 e ti o n a
N EX US
(
n e
t s
-
螺
.
振动陀螺的基本工作原理都是产生并检测哥氏 ,
将 M s T定义为[:] l ,
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f
ex ee
ne e
in m “
)微结构产品是具有微米尺度的结 lt i u n f e lm i
r o sy s te
m
加速度家 G G .
也即利用哥氏效应使陀螺结构的 . .
2
个振动
模态之间产生能量转换 de e o r io
哥氏加速度是以法国科学
构其技术功能由微结构的形状提供微系统组合了几个微结构部分并最优化成为一个整体来提供一种或几种特定的功能在许多情况下包括微电子本 , .
,
lis
1 7 9 2、 1 8 4 3 )命名的出现在旋转 ( ,
,
坐标系中的表征加速度其与旋转坐标系的旋转速率
”
成比例量块 尸
.
文沿用 M E M S名称通常而言 .
.
用图 ,
1
可以理解振动陀螺的基本原理 x
,
其中质
x
,
M E M S的特征尺寸量级在微米到毫
固连在旋转坐标系的 ;
y平面 o v
,
假定其沿 ,
米之间微传感器具有尺寸小 .
输出信号微小 ,
,
与宏
轴方向以相对旋转坐标系的速度系绕负轴以角速度 r
运动
旋转坐标 p ,
观外界有特殊接口等特点事实上微传感器本身不 能作为一个完整的实体存在不仅需要敏感的微结构 ,
。
旋转
.
因哥氏效应产生哥氏
o力的公式为 F c
二一Zm
!
‘
x
叫则质量块
,
在旋转
部分还需要接中 ,
,
口和封装 3
.
在微传感器的设计和开发个部分 、 .
坐标系的正 用在质量块
y
轴产生哥氏力 .
凡
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二 2二
。v 。r
其中。
需要同时包括以上 、
为质量块尸的质量 、
可以看出哥氏力 。 ,
凡
直接与作
M E M s技术包括硅材料照相平板材料生长与
沉积
掺杂
、
体微机械加工 (最早始于 2 0世纪 6 0年 、
质量块在
y
上的输入角速度成正比并会引起轴方向的位移获得该位移的信息也即 尸 。
,
代末
,
指涉及到对硅基层的加工技术 ) , 、
表面微机械 n o
获得输入角速度 ,
的信息
.
0世纪 8加工 (始于 2 0年代仅涉及对晶片表面进行
概而言之振动陀螺的振动部件受到驱动而工作在第一振动模态 (又称驱动模态 ) (如图 1质量块尸 x沿轴运动 )当与第一振动模态垂直的方向有旋转 ,
加工的技术 )
L IG A
e lith o即即 h i ( 、
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平板印刷 )( 一
电铸板 (电镀 )和浇铸的 :
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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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本文编号：198901
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