微控制力矩陀螺

摘要

本发明公开了一种采用微机电系统(MEMS)技术实现的振动式单框架微控制力矩陀螺，属于利用陀螺效应的制导或控制装置领域。陀螺依次包括顶层硅(1)、二氧化硅层(3)、底层硅(5)和基底(7)；顶层硅(1)和底层硅(5)导电，二氧化硅层(3)绝缘，基底(7)是可以与硅键合的绝缘材料。本发明的有益效果是：1)顶层硅上的梳齿、底层硅和基底上的驱动用电极分别连至相应的打线点，两者电位可以实现分别控制；2)在顶层硅和底层硅上，利用结构导电，避免将导线置于活动结构上；3)利用基底上的保护槽减小了底层硅与驱动用电极之间的间距，从而减小了驱动电压；4)利用驱动用电极和底层硅之间的尺寸关系避免了“吸合”现象的发生。

主权项

一种微控制力矩陀螺，其特征在于，从上到下依次包括顶层硅(1)、二氧化硅层(3)、底层硅(5)和基底(7)；顶层硅(1)和底层硅(5)导电，二氧化硅层(3)绝缘，基底(7)是可以与硅键合的绝缘材料；定义顶层硅(1)的法向方向为Z方向，依据右手定则建立XYZ坐标系；所述的顶层硅(1)包括中心圆(13)和第一扇环(15)组成的转子(11)、第二扇环(23)、径向梁(19)、活动梳齿(17)、固定梳齿(25)、折叠梁(29)、第一外框(21)、第二外框(27)，所有结构厚度一致；中心圆(13)的周向均布有若干个以中心圆(13)半径为内径的第一扇环(15)，每两个第一扇环(15)之间布有与第一外框(21)相连的径向梁(19)，每相邻的第一扇环(15)和径向梁(19)之间有第二扇环(23)，从而每两根径向梁(19)之间的结构依次为一个第二扇环(23)、一个第一扇环(15)、另一个第二扇环(23)；每个第二扇环(23)径向延伸到相应的第二外框(27)，第二扇环(23)内径大于中心圆(13)的半径，外径不大于第二外框(27)到中心圆(13)圆心的最短距离，并与中心圆(13)、径向梁(19)、第一扇环(15)、第一外框(21)分离；第二外框(27)到中心圆(13)圆心的最短距离大于第一扇环(15)的外径；在每个第一扇环(15)上径向分布有若干个周向的活动梳齿(17)，每个第二扇环(23)上相应的一侧径向分布有若干个固定梳齿(25)，相应的活动梳齿(17)和固定梳齿(25)构成一组梳齿驱动结构；每个第二外框(27)和任意个数的第一外框(21)通过相应的折叠梁(29)分别向外引至金属打线点(9)，金属打线点(9)相对中心圆(13)的圆心对称分布于两侧，顶层硅(1)上的第一外框(21)和第二外框(27)将其中间的所有结构悬置起来；所述的二氧化硅层(3)的所有结构厚度相等，它包含有一块活动板(31)，其中心有孔(35)，两根沿X轴的等长的梁(33)从活动板(31)的两条相对边中点处垂直引出，另一端连至相应的固定点(47)；孔(35)的半径大于顶层硅(1)上第一扇环(15)的外径，并同时小于第一外框(21)到中心圆(13)圆心和第二外框(27)到中心圆(13)圆心的最短距离；第一外框(21)和第二外框(27)置于活动板(31)之上；固定点(47)的位置和金属打线点(9)相对应，金属打线点(9)置于固定点(47)之上；所述的底层硅(5)的形状和二氧化硅层(3)一致，其活动板和梁的厚度一致，固定点的厚度大于活动板和梁的厚度，使活动板和梁悬置；其孔不大于二氧化硅层(3)上的孔(35)；所述的基底(7)上在对应底层硅(5)上固定点(47)的位置处布有两个键合点(37)，以两个键合点(37)的连线为对称轴布有两个沿X轴的驱动用电极(39)；键合点(37)、驱动用电极(39)通过导线(43)引至相应的打线点(41)；此外，还有相应的打线点(41)通过导线(43)引至顶层硅(1)上的金属打线点(9)。