介观压阻效应电磁驱动微机械陀螺仪的设计与测试.pdf

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1、第23卷第12期传感技术学报V01．23No．122010年12月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSDec．2010TheDesignandTestingofMesopiezoresistiveEfectElectromagneticDrivenMicromachineGyroscopeWANGRuirong，DUKang，SHIYunbo，LIUJun(KeyLaboratoryofInstrumentationScience＆DynamicMeasurement(NonhUniversityofChina)，MinistryofEd

2、ucation，Taiyuna030051，China)Abstract：Themesopiez0resis“VeeffectofResonantTunnelingDiodes(RTD)andCoriolliseffectarebothusedinthedesignofgyroscope，andanovelgyroscopestructurewithorthogonalbeamisproposed．Thefeasiblefabricationprocessisdesignedaccordingtopresentprocesstechnology，andthegyrosco

3、peisfabricatedandpackaged．Therangeofgyroscopenaturalfrequencyisgainedbythedrivendirectiontestingoffabricatedgyroscope．Thesensitivityofgyroscopeistestedindetectiondirectionbyusingthevibrationtable．Inthecaseof1kHzand4kHz，thetestingsensitivityofgyroscopeis7．51mV／g，100．74mV／g，respectively．Key

4、words：meso—piezoresistiveeffect；micromachinedgyroscope；driventesting；detectiontestingEEACC：7230；2575；0170Gdoi：10．3969／j．issn．1004—1699．2010．12．006介观压阻效应电磁驱动微机械陀螺仪的设计与测试术王瑞荣，杜康，石云波，刘俊(中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051)摘要：将共振隧穿二极管具有的介观压阻效应与哥氏效应结合应用于陀螺的设计中，提出了一种新型的采用回折型正交梁的陀螺结构。结合现在的工艺水平，设计了合理的

5、加下工艺方案，并进行了加工与封装。通过对封装后的陀螺进行驱动方向测试，得到了固有频率的范围：检测方向上利用振动台对陀螺灵敏度进行了测试，得到在1kHz和4kHz时的测试灵敏度分别为7．5lmV／g、100．74mV／g关键词：介观压阻效应；微机械陀螺；驱动测试；检测测试中图分类号：TP212．12文献标识码：A文章编号：1004—1699(2010)12—1700—04陀螺是一种测量物体相对于惯性空间角度或者的变化，，_曲线的变化又会引起基于RTD振荡器角速度的传感器装置J，具有体积小、重量轻、可的输出频率变化。所以共振隧穿二极管可用于力学靠性高的特点，广泛应用于惯性导航

6、领域及军用信号的检测。本文根据共振隧穿二极管的压阻效应民用领域。当前，绝大多数陀螺仪采用电容式传和陀螺的哥氏效应设计出一种新型的GaAs基电磁感器检测陀螺仪输出信号，随着陀螺仪表结构尺寸驱动微机械陀螺仪结构并进行了加工。并对陀螺驱的减小，其灵敏度和分辨率也大大降低。因此，寻求动方向和检测方向的特性进行了测试。新的高性能位置传感器与微机械陀螺仪相结合的方1结构设计及工作原理法是研究方向之一。共振隧穿二极管(RTD)是当前纳米电子学中最有应用希望的器件之一，它陀螺的结构如图1所示，主要由驱动梁、检测是一种基于共振隧穿薄膜隧穿效应的负阻型器件，梁、连接块、外框、质量块、驱动导线

7、、检测导线、阻尼具有体积小、重量轻、可靠性高、低压低功耗等优孑L等组成。梁采用回折型结构，可以降低陀螺驱动点。介观压阻理论表明，共振隧穿薄膜在方向和检测方向的机械耦合，并减少电路设计的复力学信号的作用下，其隧穿电流会发生变化。即当杂性。质量块上均布有阻尼孑L，有利于减小阻外加一个力学信号时，会引起RTD的，-特性曲线尼，提高陀螺检测方向的品质因子。项目来源：国家自然科学基金资助(50675212)；重点实验室基金资助(9140C1204021008)收稿日期：2010—06—02修改日期：2010—08一l9第l2期王瑞荣，杜