CN105043372A - 微型三自由度开放式气流陀螺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型三自由度开放式气流陀螺，包括三自由度开放式角速度敏感元件和与其实现电气连接的PCB电路板，该三自由度开放式角速度敏感元件包括上盖板、上硅板、下硅板和底板，通过层状的敏感元件结构形成开放式的气流网络结构，气流网络包括压电陶瓷振子下面的泵腔、入口敏感室和出口敏感室；上硅板的导流孔的横截面积大于泵腔腔口的横截面积但小于合流口的横截面积；PCB电路板的压电泵驱动电路向上盖板上的压电陶瓷振子提供激励电压，下硅板上的三对平行热线分别作为PCB电路板的三个惠斯登电桥的两个臂。本发明能够提高气流陀螺的灵敏度，并大幅减小体积和功耗。

Description

微型三自由度开放式气流陀螺

技术领域

本发明属于利用哥氏力原理进行运动体角速度姿态测量的技术领域，特别是属于通过高精度数控机床和微机械工艺相结合制作的微型气流陀螺技术领域。用于汽车安全、智能机器人、无人机、物联网、可穿戴式设备、头盔、摄像机等微型载体的姿态信息的采集和控制，也可用于石油钻井平台、建筑、工业自动化等领域的稳定和控制系统。

背景技术

现有技术中以微机械振动陀螺为代表的微型陀螺敏感元件内一般有振动梁和悬挂装置，在大冲击或强振动时，会因惯性力过大而造成损坏，因此抗冲击能力弱；它的结构和制作工艺复杂，敏感元件不易驱动起来，导致传感器输出信号微弱。射流陀螺是利用哥氏力使气流束偏转来实现角参数的测量，它的特点是以气体作为敏感质量，没有复杂的结构，因此有抗高过载、耐强冲击、成本低、寿命长等优点。中国专利89105999.7提出的高灵敏度压电射流角速度传感器，它由敏感器件的壳体、喷嘴体、敏感元件、压电泵、泵座、碟簧、锁紧螺母和外部电路系统以及机械系统组成。这种射流陀螺首先是利用传统机械加工工艺制作，体积大，不能用于微型载体姿态测量和控制领域，因此制约了它的应用和发展；另外其热敏元件中的热线是手工焊接，很难批量生产，一致性差，成本高；再次，它只能敏感一个方向上的角速度，如构成多自由度角速度测量需要组合安装，而由安装距离引起的误差较大。

在现有技术中一般利用MEMS工艺在一个硅片中腐蚀出气流网络，由于硅片的厚度只有500μm左右，因此气流网络的尺度很小，气体容量少，在相同角速度输入时它受到的惯性小，气流束偏转小，陀螺的灵敏度很小。另外在现有技术中由于设计的欠缺，气流网络是沿着硅片的表面制作，为了保证压电泵振子的变形方向(振动方向)与气流网络的长度方向一致，驱动气体流动的压电泵一般安装在与硅片表面垂直的硅片截面处，压电泵振子的有效变形面积与气流网络的截面积相对应，通常小于硅片的截面积，由于硅片的截面积与表面积比较两者相差悬殊，与其对应的压电泵振子的尺寸一般小于1mm×1mm，因此它的驱动气体流动的能力很弱，陀螺灵敏度低，同时在实际工艺中很难实现粘接，无法实用化。

发明内容

针对现有技术中射流陀螺所存在的问题，本发明提供一种新型的微型三自由度开放式气流陀螺，采用层状的敏感元件结构形成开放式的气流网络结构，能够提高气流陀螺的灵敏度，并大幅减小体积和功耗。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种微型三自由度开放式气流陀螺，包括三自由度开放式角速度敏感元件和与其实现电气连接的PCB电路板，该三自由度开放式角速度敏感元件包括上盖板、上硅板、下硅板和底板，其中：

上盖板设有第一孔，该第一孔上设有压电陶瓷振子；

上硅板在与上盖板对应的位置设有同样尺寸的第二孔，并设有分别作为上入口通道和上出口通道的两个长孔，上入口通道的长度方向与上出口通道的长度方向垂直；上入口通道在靠近第二孔的一侧收窄并与第二孔相通，形成上合流孔；上入口通道与上出口通道相通，形成导流孔；

下硅板设有与上入口通道和上出口通道同样尺寸的两个长孔，分别为下入口通道和下出口通道，下入口通道不与下出口通道相通，下出口通道在与上合流孔相对应的位置收窄形成下合流孔；在下入口通道两端的下硅板表面设有敏感x方向角速度的一对平行热线，在下出口通道的下硅板表面设有敏感y方向角速度的一对平行热线和敏感z方向角速度的一对平行热线；

底板开有两个进口和一个出口，两个进口与下入口通道的两端对应，出口与下出口通道的末端对应；

上盖板、上硅板、下硅板和底板合围形成气流网络，包括压电陶瓷振子下面的泵腔，以及由上入口通道、上出口通道、下入口通道、下出口通道合围而成的入口敏感室和出口敏感室，泵腔在与入口敏感室的相接处形成腔口，入口敏感室的上合流孔、下合流孔形成合流口，上硅板的导流孔的横截面积大于该腔口的横截面积但小于该合流口的横截面积；

PCB电路板设有电源、压电泵驱动电路和三个惠斯登电桥，压电泵驱动电路向上盖板上的压电陶瓷振子提供激励电压，下硅板上的三对平行热线分别作为三个惠斯登电桥的两个臂。

进一步地，所述上盖板和所述底板的材料为PMMA。

进一步地，所述第一孔和第二孔为圆孔，所述压电陶瓷振子为圆形。

进一步地，上入口通道的收窄部分的长度为上入口通道长度的1/4至1/3，该收窄部分的宽度为上入口通道宽度的1/8至1/6。

进一步地，上入口通道的长度大于上出口通道的长度，上出口通道的宽度大于上入口通道的宽度；上入口通道的长度小于上硅板的宽度，上入口通道的宽度为上硅板宽度的1/9至1/8。

进一步地，敏感x方向角速度的一对平行热线分别设置在下入口通道的两端，位于与两端的距离为下入口通道长度的1/6至1/5处的上硅板的表面；敏感y方向角速度的一对平行热线分别设置在下出口通道的始端和末端处的上硅板的表面，分别在与下出口通道的始端的距离为下出口通道长度的1/6至1/5处和2/3至1/3处；敏感z方向角速度的一对平行热线分别设置在下出口通道中间处的上硅板的表面，并与下出口通道的轴线平行。

进一步地，上盖板、上硅板、下硅板和底板之间粘接。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.以气体作为敏感质量，抗高过载、耐强冲击。

2.体积和功耗是现有技术的1/80，应用领域广阔。

3.开放式的气流网络结构简单，层状敏感元件结构，工艺实现容易，气流陀螺的成本低、一致性好。

4.不仅实现了压电泵振子尺寸的最大化，而且气流网络的横截面的是现有技术横截面的2～3倍，气流陀螺灵敏度高。

5.构建了两个正交方向的气流敏感体，实现了三维一体的角速度测量。

附图说明

图1是微型三自由度开放式气流陀螺三维结构示意图。

图2是三自由度开放式角速度敏感元件分段示意图。

图3是下硅板三维示意图。

图4是微型三自由度开放式气流陀螺工作原理图。

图5是信号处理电路示意图。

图6是惠斯登电桥示意图。

图7是微型三自由度开放式气流陀螺灵敏度曲线图。

图中标号说明：1-三自由度开放式角速度敏感元件；2-PCB电路板；3-上盖板；4-上硅板；5-下硅板；6-底板；7-压电陶瓷振子；8a、8b-圆孔；9-台阶；10a、10b-上入口通道；11-上出口通道；12-上合流孔；13-腔口；14-导流孔；15-喷口；16a、16b-下入口通道；17-下出口通道；18-下合流孔；19a和19b、20a和20b、21a和21b-三对平行热线；22a、22b-两个进口；23-出口；24-圆柱形泵腔；25a、25b-入口敏感室；26-出口敏感室；27-合流口；28-压电泵驱动电路28；29a、29b、29c-三个惠斯登电桥；30-气流。

具体实施方式

本发明为了减小射流陀螺的体积、增大灵敏度、降低成本、实现多自由度测量提出一种体积小、结构简单、抗高冲击的多轴一体的微型三自由度开放式气流陀螺，下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1：

图1是本实施例的微型三自由度开放式气流陀螺三维结构示意图。如该图所示，该微型三自由度开放式气流陀螺由三自由度开放式角速度敏感元件1和PCB电路板2构成，两者之间通过金线实现电气连接。

图2是三自由度开放式角速度敏感元件1的分段示意图。如该图所示，三自由度开放式角速度敏感元件1包括上盖板3、上硅板4、下硅板5和底板6，具体来说，是由含一个压电陶瓷振子7的上盖板3、含气流网络的上硅板4、表面有热线的下硅板5和底板6等四层长方形平板粘接而成。本实施例中，上盖板3和底板6采用PMMA(有机玻璃)材料，该材料成本低，且容易加工。

如图2所示，上盖板3的一侧开有直径为上盖板长度一半的圆孔8a，压电陶瓷振子7粘接在圆孔8a边缘上一个圆形台阶9上。在其它实施例中，孔和压电振子的形状也可以是圆形以外的其它形状，但是圆形振子的振动变形量最大，效果最好。

如图2所示，上硅板4在与上盖板3对应的一侧也开有同样尺寸的圆孔8b，上硅板4的另一侧开两个长方形的孔，分别为上入口通道10a、10b和上出口通道11，上入口通道10a、10b的两端有圆形的倒角，该倒角会使气流通道更平滑，气流运动更稳定。上入口通道10a、10b的长度方向与上出口通道11的长度方向垂直，上入口通道10a、10b靠近圆孔8b的一侧收窄并与圆孔8b相通，形成上合流孔12。圆孔8b与上入口通道10a、10b相对应的一侧开口形成腔口13。上入口通道10a、10b收窄部分的长度为10a、10b长度的1/4至1/3，收窄部分的宽度为上入口通道10a、10b宽度的1/8至1/6，位于上入口通道10a、10b的中间。上入口通道10a、10b与上出口通道11由导流孔14相接，导流孔的末端与上出口通道11连接处为喷口15。上入口通道10a、10b的长度大于上出口通道11的长度，上出口通道11宽度大于上入口通道10a、10b的宽度。上入口通道10a、10b的长度小于上硅板4的宽度，上入口通道10a、10b的宽度为上硅板4宽度的1/9至1/8。

如图2所示，下硅板5在与上硅板4的圆孔8b对应的一侧，不做任何处理，另一侧开有与上硅板上同样尺寸大小形状的两个长方形孔，分别为下入口通道16a、16b、下出口通道17和下合流孔18，但是没有导流孔14(即下入口通道不与下出口通道相通)。在下硅板的表面设置热线19a和19b、20a和20b、21a和21b等三对平行热线(如图2、3所示)。敏感x方向角速度的一对平行热线19a和19b分别设置在下入口通道16a、16b的两端，位于与两端距离为下入口通道16a、16b长度之和的1/6至1/5处，且在下硅板5的表面。敏感y方向角速度的一对平行热线20a和20b分别设置在下出口通道17的始端和末端处下硅板5的表面，分别与下出口通道17的始端的距离为下出口通道17的长度的1/6至1/5处和2/3至1/3处。敏感z方向角速度的一对平行热线21a和21b分别设置在下出口通道17中间处的下硅板5的表面，并与下出口通道15的轴线平行。下硅板5上的12个条状物是电极，用于进行电气连接(接电或输出用)。

如图2所示，底板6与下硅板5对应的一侧不做任何处理，另一侧开有三个圆孔，分别为两个进口22a和22b和一个出口23，两个进口22a和22b的直径为下入口通道16a、16b的宽度，位置与下硅板下入口通道16a、16b的两端相互对应，出口23则在下硅板下出口通道17的末端，直径与两个进口22a和22b的直径相同。

图4是微型三自由度开放式气流陀螺工作原理图。上盖板3、上硅板4、下硅板5和底板6粘接以后，合围形成气流网络。气流网络由压电陶瓷振子7下面的圆柱形泵腔24和另一侧的由上入口通道10a、10b、上出口通道11和下入口通道16a、16b、下出口通道17合围成入口敏感室25a、25b和出口敏感室26。圆柱形泵腔24位于敏感元件三自由度开放式角速度敏感元件1左半部分中心处，在与入口敏感室25a、25b相接处形成腔口13，入口敏感室25a、25b的中间的垂直平分线与泵腔24的中心轴线垂直相交，与腔口13对应的部分为合流口27，出口敏感室26的中心轴线与圆柱形泵腔24的中心轴线垂直相交。

图5是微型三自由度开放式气流陀螺的信号处理电路示意图。压电陶瓷振子7上下圆平面被覆金属电极，粘接在上盖板3的台阶9上；压电陶瓷振子7的激励电压由PCB板2上的压电泵驱动电路28提供(如图5所示)，在交变电压的作用下沿着三自由度开放式角速度敏感元件1厚度方向变形。由于导流孔14的横截面积大于腔口13(收窄部分)的横截面积但小于合流口27的横截面积(合流口27实际上是由上合流孔12和下合流孔18粘接以后形成)，这种特殊的结构在气流网络中产生了一定的流阻，利用文丘里效应在进口22a、22b到出口23之间产生了净流量，在压电陶瓷振子扩张和收缩之间实现气流的定向流动。压电陶瓷振子7驱动气体，由两个进口22a、22b进入入口敏感室25a、25b，在与腔口13相对的合流口27汇集并由导流孔14的末端喷口15喷出，进而流向出口敏感室26末端的出口23。

气流中心平面和热线19a和19b、20a和20b、21a和21b所在平面相距几百微米。热线19a和19b、20a和20b、21a和21b由高温度系数的金属铂、SiO₂和Si构成。

下硅板5的边缘被覆电极，上硅板4和上盖板3开相应的孔以便露出下硅板5的电极便于与PCB电路板2实现电气连接。PCB板2中有信号处理电路，主要是电源、压电泵驱动电路28和三个惠斯登电桥29a、29b、29c，通过金丝与三自由度开放式角速度敏感元件1实现电源和惠斯登电桥的29a、29b、29c引入，以及三个方向角速度电压的输出(如图5所示)。

图6是惠斯登电桥示意图。如该图所示，上硅板4上表面的三对平行的热线19a和19b、20a和20b、21a和21b分别作为PCB板2中信号处理电路中的三个惠斯登电桥的两个臂，在入口敏感室25a、25b、出口敏感室26通过与随角速度变化的气流30(气流30如图4所示)的热量交换来敏感x、y和z方向的角速度，输出与角速度成正比的电压信号V_X、V_Y和V_Z。

本实施例的微型三自由度开放式气流陀螺，其优点是：

(1)这种陀螺一方面利用高精度数控机床和微机械工艺相结合制作层状微型气流陀螺，充分利用PMMA(有机玻璃)和硅片的整体厚度制作气流网络，得到相当于硅片横截面2～3倍的气流网络，在相同角速度输入时它受到的惯性较大，气流束偏转量较大，陀螺的灵敏度较高。

(2)实现了压电泵振子的变形方向沿着硅圆片的纵向，压电泵振子可以安装在与硅片表面平行的方向，因此压电泵振子因此振子尺度可以做得很大，大幅度提高了泵的驱动能力，气流速度大，陀螺灵敏度高。

(3)开放式的气流网络结构简单，层状敏感元件结构，工艺简单，所以气流陀螺的成本低。

实施例2：

本实施例提供三自由度开放式角速度敏感元件1的制作方法，采用成熟的PMMA高精度数控机床加工工艺和硅片的微机械加工工艺，制作工艺简单，其制作工艺如下：

1.上盖板3和底板6的制作：在厚度为1.5mm的PMMA板上通过高精度数控机床输入设计好的相应图形加工而成，上盖板3台阶9表面溅射一层金属电极。

2.下硅板5的制作：

1)在绝缘硅片外延设备层并热氧化形成SiO₂，通过溅射金属W形成敏感金属层，溅射铝形成电极层。

2)用光刻和湿法蚀刻等方法形成铝电极和焊盘。

3)通过光刻和干法刻蚀在设备层上形成热线。

4)为保护热线的细长结构不受机械损伤，在热线的正面用光刻胶和聚酰亚胺加以覆盖，用反应离子蚀刻背面，氧化层、光刻胶或聚酰亚胺保护层通过干法刻蚀去除。

3.上硅板4的制作：硅片通过光刻、干法深刻蚀硅片的整个厚度而形成。

4.组合工艺：

1)用环氧基树脂进行粘合，先用特制的夹具把上下硅板4、5粘合在一起保证热线在他们的中间位置，粘合过程是在60℃热处理30min完成。

2)用导电胶将压电陶瓷振子7粘接在上盖板3的台阶9上，压电陶瓷振子7的外侧和台阶9电极焊接导线，以便和pcb板2中的压电泵驱动电路24连接。

3)将粘接好的上下硅板4、5和上盖板3、底板6用特制的夹具粘接形成三自由度开放式角速度敏感元件1。

本实施例的优点是：

(1)本实施例三自由度开放式角速度敏感元件的制作均采用成熟的PMMA高精度数控机床加工工艺和硅片的微机械加工工艺，制作工艺简单。

(2)热线和气流网络独自制作并且按要求加以组合，由于热线所在平面和射流中心轴线的平行，所以制造工艺上与标准的体硅MEMS工艺是兼容的。

(3)采用的光刻技术能保证三自由度开放式角速度敏感元件1结构的正交性和垂直度(主要指热线方向和气流方向)，因此本发明在轴向准确性和交叉灵敏度上比由多个单轴陀螺组成的三轴陀螺测量系统更有优势，交叉耦合小，同时可以消除由单轴陀螺组合安装距离产生的测量误差，测量误差小。

实施例3：

如图4所示，在Z轴方向有个角速度输入Ω_z时，由于哥氏力(Coriolisforce)原理，从喷口15喷出的气流将会发生偏转，从而在出口敏感室26内的两相对平行的热线21a和21b上引起相反的冷却作用。如果在X轴方向输入角速度Ω_X，由于哥氏力原理，从两个进口22a和22b吸入入口敏感室25a和25b的气流沿相反的方向到达入口敏感室25a和25b内的两相对平行的热线19a和19b，在热线平面上，也能形成相反冷却效应。如果在Y轴方向输入敏感角速度Ωy，由于哥氏力原理，从喷口15喷出的气流在出口敏感室内26发生偏转，按前后顺序排列在出口敏感室26的不同位置的在热线20a和20b上也会出现相反冷却。三对热线19a和19b、20a和20b、21a和21b分别连接成惠斯登电桥的两个等臂，如图5、图6所示，冷却会使热线电阻发生改变，阻值的改变通过惠斯登电桥转换为三个与角速度Ωx、Ωy、Ωz成正比的电压V_X、V_Y和V_Z输出，从而敏感三个正交方向(X、Y、Z)上的角速度，即形成一体多自由度射流陀螺。

假设有沿着x轴角速度作用传感器时，气流受到哥氏力的作用，哥氏加速度表示为

${\stackrel{\→}{a}}_{{\mathrm{\ω}}_x}=2{\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_x\×{\stackrel{\→}{V}}_x---\left(1\right)$

式中，和分别表示从进口22a和22b到热线19a和19b的流速矢量、沿着x轴的外加角速度矢量和哥氏加速度矢量。

气流束的偏移量δ_x是对式(1)的双重积分

${\mathrm{\δ}}_x={\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_x\×\frac{L_x^2}{V_x}---\left(2\right)$

式中，L_x和V_x分别表示从进口22a和22b到热线19a和19b的距离、气流在L_x段的平均速度。

类似地，当有沿着z轴角速度作用传感器时，气流束的偏移量δ_z

${\mathrm{\δ}}_z={\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_z\×\frac{L_z^2}{V_z}---\left(3\right)$

式中，L_z和V_z分别表示喷口15到热线21a和21b的距离、气流在L_z段的平均速度。

当有沿着y轴角速度作用传感器时，气流束的偏移量δ_y将会在热线20a和20b上出现不同的偏移量，通过计算偏移量之差为：

${\mathrm{\Δ\δ}}_y={\mathrm{\ω}}_y(\frac{L_{y2}^2}{V_{y2}}-\frac{L_{y_1}^2}{V_{y_1}})---\left(4\right)$

这里的L_y1、L_y2、V_y1、V_y2分别是喷口15到热线20a和20b的距离和平均速度。

灵敏度关系式：

通分析热线和层状射流之间的热传递现象，可以得到气流陀螺灵敏度的性能。一根热线电阻的变化和流速的关系如下：

$\mathrm{\Δ}R=\frac{-{\mathrm{\λ\πl\αI}}^2{R}_{TH0}}{{(\mathrm{\λ}\mathrm{\π}lNu-I^2{R}_{TH0}\mathrm{\α})}^2}\·\frac{Nu}{V}n\mathrm{\Δ}V---\left(5\right)$

式中，l是热敏电阻的长度，λ为气体的导热系数，α为热线的电阻温度系数，I为热线通电电流，R_TH0为未加角速度时热线的初始电阻值，Nu为努塞尔数(NusseltNumber)，V为气流从喷口(或进口)流向热线的初始流速，n为经验常数，0.2到0.33之间，ΔV为热线上气流速度增量。

气流速度增量ΔV和角速度ω_i的关系式：

因为气流的偏移量很小，而且热线被设置在流速分布的线性区域，热线上气流速度增量ΔV和角速度ω_i引起的偏移量δ_ωi是成比例的，因此它也和实际角速度ω_i成比例，得到：

$\mathrm{\Δ}V=K_i{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{\ω}i}=K_i\frac{{\mathrm{\ω}}_i{L}_i^2}{V}---\left(6\right)$

式中，K_i为一常数，由热线R_i的流速分布的梯度决定；Li为从喷口(或进口)到热线的距离，Vi为气流从喷口(或进口)到热线段的平均流速)。

设热线电流为I，把(6)代入式(5)可得传感器的输出电压为

$\mathrm{\Δ}U=\frac{-{\mathrm{\λ\πl\αI}}^2{R}_{TH0}}{{(\mathrm{\λ}\mathrm{\π}lNu-I^2{R}_{TH0}\mathrm{\α})}^2}\·\frac{Nu}{V}n\mathrm{\Δ}V\·K_i\frac{{\mathrm{\ω}}_i{L}_i^2}{V_i}---\left(7\right)$

根据式(7)可以计算传感器的灵敏度，如图7给出本发明模拟敏感度曲线，从图中可以看出，三个方向的灵敏度分别为SF_x＝0.3μV/°/s，SF_y＝0.6μV/°/s，SF_z＝1.0μV/°/s。

本实施例的优点是：

(1)构建了两个正交方向的气流敏感体，实现了三个正交方向(X、Y、Z)的角速度的测量，多轴一体，可以消除由单轴陀螺组合安装距离产生的测量误差，测量误差小。

(2)两个正交气流敏感体由一个压电陶瓷振子驱动，结构简单，使用寿命长。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (8)

1.一种微型三自由度开放式气流陀螺，其特征在于，包括三自由度开放式角速度敏感元件和与其实现电气连接的PCB电路板，该三自由度开放式角速度敏感元件包括上盖板、上硅板、下硅板和底板，其中：

上盖板设有第一孔，该第一孔上设有压电陶瓷振子；

上硅板在与上盖板对应的位置设有同样尺寸的第二孔，并设有分别作为上入口通道和上出口通道的两个长孔，上入口通道的长度方向与上出口通道的长度方向垂直；上入口通道在靠近第二孔的一侧收窄并与第二孔相通，形成上合流孔；上入口通道与上出口通道相通，形成导流孔；

下硅板设有与上入口通道和上出口通道同样尺寸的两个长孔，分别为下入口通道和下出口通道，下入口通道不与下出口通道相通，下出口通道在与上合流孔相对应的位置收窄形成下合流孔；在下入口通道两端的下硅板表面设有敏感x方向角速度的一对平行热线，在下出口通道的下硅板表面设有敏感y方向角速度的一对平行热线和敏感z方向角速度的一对平行热线；

底板开有两个进口和一个出口，该两个进口与下入口通道的两端对应，该出口与下出口通道的末端对应；

上盖板、上硅板、下硅板和底板合围形成气流网络，包括压电陶瓷振子下面的泵腔，以及由上入口通道、上出口通道、下入口通道、下出口通道合围而成的入口敏感室和出口敏感室；泵腔在与入口敏感室的相接处形成腔口，入口敏感室的上合流孔、下合流孔形成合流口，上硅板的导流孔的横截面积大于该腔口的横截面积但小于该合流口的横截面积；

PCB电路板设有电源、压电泵驱动电路和三个惠斯登电桥，压电泵驱动电路向上盖板上的压电陶瓷振子提供激励电压，下硅板上的三对平行热线分别作为三个惠斯登电桥的两个臂。

2.如权利要求1所述的微型三自由度开放式气流陀螺，其特征在于：所述上盖板和所述底板的材料为PMMA。

3.如权利要求1所述的微型三自由度开放式气流陀螺，其特征在于：所述第一孔和第二孔为圆孔，所述压电陶瓷振子为圆形。

4.如权利要求1所述的微型三自由度开放式气流陀螺，其特征在于：上入口通道的收窄部分的长度为上入口通道长度的1/4至1/3，该收窄部分的宽度为上入口通道宽度的1/8至1/6。

5.如权利要求1所述的微型三自由度开放式气流陀螺，其特征在于：上入口通道的长度大于上出口通道的长度，上出口通道的宽度大于上入口通道的宽度；上入口通道的长度小于上硅板的宽度，上入口通道的宽度为上硅板宽度的1/9至1/8。

6.如权利要求1所述的微型三自由度开放式气流陀螺，其特征在于：所述敏感x方向角速度的一对平行热线分别设置在下入口通道的两端，位于与两端的距离为下入口通道长度的1/6至1/5处的上硅板的表面；所述敏感y方向角速度的一对平行热线分别设置在下出口通道的始端和末端处的上硅板的表面，分别在与下出口通道的始端的距离为下出口通道长度的1/6至1/5处和2/3至1/3处；所述敏感z方向角速度的一对平行热线分别设置在下出口通道中间处的上硅板的表面，并与下出口通道的轴线平行。

7.如权利要求1所述的微型三自由度开放式气流陀螺，其特征在于：上盖板、上硅板、下硅板和底板之间粘接。

8.如权利要求1所述的微型三自由度开放式气流陀螺，其特征在于：所述热线由高温度系数的金属铂、SiO₂和Si构成。