基于介观压光效应的MEMS陀螺研究.pdf

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1、2015年第34卷第3期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)15DOI：10．13873／J．1000--9787(2015)03-0015-03基于介观压光效应的MEMS陀螺研究朱京，，一，温廷敦，许丽萍，陈磊(1．中北大学电子测试技术国家重点实验室。山西太原030051；2．中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室。山西太原030051；3．中北大学物理系。山西太原030051)摘要：依据介观压光效应原理，设计出了一种新型高灵敏谐振式MEMS陀螺，其利用镜像异质三周期光子晶体的介观压光效应代替传统压阻式微陀螺中的力敏电阻器，当光子

2、晶体受轴向应力作用时，其透射率随之发生变化，因此，通过检测透射光强可解算出输入角速度的大小。陀螺结构采用4对梳齿电容驱动，驱动模块与检测模块相互独立，其具有耦合效应小，机械灵敏度高的特点。经数值计算与仿真分析，得到该微陀螺频率匹配率为0．6％，透射率灵敏度达到73cd／(。)／s，证明了其频率匹配良好，可实现高灵敏度的角速度的测量。关键词：介观压光效应；光子晶体；MEMS陀螺；静电驱动中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)03-0015-03Research0fMEMSgyroscopebased0nmesoscopiccalenderefectZHU

3、Jing，WENTing-dun，XULi—ping。，CHENLei(1．NationalKeyLaboratoryofElectronicMeasurementTechnology，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China；2．KeyLaboratoryofInstrumentationScience&DynamicMeasurement，MinistryofEducation，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China；3．DepartmentofPhysics，NorthUniversityofC

4、hina，Taiyuan030051，China)Abstract：Accordingtothetheoryofmesoscopiccalendereffect，anovelhigh·sensitiveresonantMEMSgyroscopeisdesigned．ThemesoseopiccalendereffectofmiITorheterotrimerperiodicphotoniccrystalisusedasthebasicprincipleinsteadofthevaristoroftraditionalpiezoresistivemicrogyroscope．Whenthea

5、xialstressisloadedonphotoniccrystal，itstransmissionratewillchange，andtheangularvelocitycanbecalculatedbydetectingtheintensityofthetransmittedlight．Thestructureofthegyroscopeisdrivenbyfourpairsofcomb—capacitance，thedrivemoduleanddetectionmoduleareindependent，thecouplingcoeficientisprettysmall，andth

6、emechanicalsensitivityarequitehigh．Bynumericalcalculationandsimulationanalysis，themicro—gyrofrequencymatchingrateis0．6％andsensitivityoftransmissivityis73Ixcd／(。)／sareobtainedwhichdemonstratethefrequency-matchisgoodandtheangularmeasurementwithhighsensitivitycanberealized．Keywords：mesoscopoccalender

7、effect；photoniccrystals；MEMSgyroscope；electrostaticdriven0引言氏力往往比较微弱，而目前国内外普遍采用压阻效应或电MEMS陀螺是基于柯氏效应原理，在输入角速度的作容效应作为柯氏力的敏感原理，其检测灵敏度已达到极限，用下，使能量在驱动模态和检测模态间转移的惯性器这样便从根本上限制了MEMS陀螺灵敏度的进一步提高。件J，MEMS陀螺作为检测角速率的微系统，凭借其体积由于