RU2353903C1 - Integral micromechanical gyroscope - Google Patents

Integral micromechanical gyroscope Download PDF

Info

Publication number
RU2353903C1
RU2353903C1 RU2007146948/28A RU2007146948A RU2353903C1 RU 2353903 C1 RU2353903 C1 RU 2353903C1 RU 2007146948/28 A RU2007146948/28 A RU 2007146948/28A RU 2007146948 A RU2007146948 A RU 2007146948A RU 2353903 C1 RU2353903 C1 RU 2353903C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fixed
frame
inertial mass
substrate
electrodes
Prior art date
Application number
RU2007146948/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ольга Михайловна Лысова (RU)
Ольга Михайловна Лысова
Тамара Георгиевна Нестеренко (RU)
Тамара Георгиевна Нестеренко
Инна Васильевна Плотникова (RU)
Инна Васильевна Плотникова
Леонид Дмитриевич Жалдыбин (RU)
Леонид Дмитриевич Жалдыбин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет
Priority to RU2007146948/28A priority Critical patent/RU2353903C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2353903C1 publication Critical patent/RU2353903C1/en

Links

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: gyroscope comprises dielectric substrate, where base is fixed, as well as immovable comb-shaped structures in the form of electrostatic vibratory drive plates. Rectangular external frame is fixed in the base by means of four elastic beams. On external frame on both opposite sides there are electrodes of capacitance transducers of internal frame motion relative to external frame fixed, as well as movable comb-shaped structures in the form of electrostatic vibratory drive plates, which are arranged with the possibility of electrostatic interaction with movable plates of vibratory drive via side gaps due to comb-shaped structures of electrostatic vibratory drive that penetrate one into another. Internal rectangular frame is fixed in base by means of four elastic beams. On external frame on both opposite sides there are electrodes of capacitance transducers of internal frame motion relative to external frame fixed, as well as two electrodes of capacitance transducers of inertial mass motion relative to internal frame. Inertial mass arranged in the form of plate, on which on two opposite sides there are electrodes of capacitance transducers of its motion relative to internal frame fixed, is mounted in internal frame with the help of four elastic beams that provide for possibility to make forward oscillations along axis installed in plane of substrate. Inertial mass, internal frame, external frame and elastic beams are made of semiconductor material and are installed with gap relative to substrate.
EFFECT: provision of possibility to measure angular velocity value around axes X and Y installed as mutually perpendicular in plane of gyroscope substrate.
2 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и интегральной электроники, а более конкретно к интегральным измерительным элементам величины угловой скорости.The present invention relates to the field of measurement technology and integrated electronics, and more particularly to integral measuring elements of the angular velocity.

Известен интегральный микромеханический гироскоп [В.Я.Распопов. Микромеханические приборы. Учебное пособие, Тул. гос. университет, Тула, 2002, стр.32, рис.1.26], содержащий диэлектрическую подложку с расположенными на ней металлическими электродами емкостных преобразователей перемещений, две инерционные массы, расположенные с зазором относительно диэлектрической подложки и выполненные в виде пластин из полупроводникового материала, образующие с расположенными на диэлектрической подложке электродами емкостных преобразователей перемещений плоские конденсаторы, и связанные с диэлектрической подложкой через систему упругих балок, которые одними концами соединены с инерционными массами, а другими - с опорами, выполненными из полупроводникового материала и расположенными на диэлектрической подложке, один неподвижный электрод электростатического привода с гребенчатыми структурами по обеим его сторонам, выполненный из полупроводникового материала и расположенный на диэлектрической подложке между инерционными массами, с возможностью электростатического взаимодействия с инерционными массами в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, два электрода электростатических приводов с гребенчатыми структурами, выполненные из полупроводникового материала и расположенные на диэлектрической подложке по внешним сторонам инерционных масс, с возможностью электростатического взаимодействия с инерционными массами в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов.Known integrated micromechanical gyroscope [V.Ya.Raspopov. Micromechanical devices. Textbook, Tool. state University, Tula, 2002, p. 32, Fig. 1.26], containing a dielectric substrate with metal electrodes of capacitive displacement transducers located on it, two inertial masses located with a gap relative to the dielectric substrate and made in the form of plates of semiconductor material forming with flat capacitors on the dielectric substrate by the electrodes of capacitive displacement transducers, and connected to the dielectric substrate through a system of elastic beams, which are at one end with are one with the inertial masses, and others with supports made of a semiconductor material and located on a dielectric substrate, one fixed electrode of an electrostatic drive with comb structures on both sides of it, made of a semiconductor material and located on a dielectric substrate between inertial masses, with the possibility of electrostatic interactions with inertial masses in the plane of their plates through lateral gaps and electrodes interpenetrating each other into two electrodes with interdigitated electrostatic drive structures made of semiconductor material and a dielectric substrate disposed on the outer sides of the inertial mass, with the possibility of electrostatic interaction with inertial masses in the plane of the plates through the side clearances and interpenetrating each other comb electrode.

Данный гироскоп позволяет измерять величину угловой скорости при вращении его вокруг оси X, расположенной в плоскости подложки.This gyroscope allows you to measure the magnitude of the angular velocity while rotating it around the X axis located in the plane of the substrate.

Недостатком конструкции данного гироскопа является невозможность одновременного измерения двух угловых скоростей основания: вокруг осей Х и Y, расположенных в плоскости подложки гироскопа.The disadvantage of the design of this gyroscope is the impossibility of simultaneously measuring two angular velocities of the base: around the X and Y axes located in the plane of the gyroscope substrate.

Известен интегральный микромеханический гироскоп [А.В.Збруцкий, В.А.Апостолюк. Динамика чувствительного элемента микромеханического гироскопа с дополнительной рамкой. Гироскопия и навигация №2(22), 1998, с.13-23], содержащий инерционную массу, выполненную в виде пластины из полупроводникового материала и расположенную с зазором относительно полупроводниковой подложки.Known integral micromechanical gyroscope [A.V. Zbrutsky, V.A. Apostoluk. Dynamics of a sensitive element of a micromechanical gyroscope with an additional frame. Gyroscopy and navigation No. 2 (22), 1998, p.13-23], containing an inertial mass made in the form of a plate of semiconductor material and located with a gap relative to the semiconductor substrate.

Инерционная масса закреплена в рамке с помощью четырех упругих балок, выполненных из полупроводникового материала и расположенных с зазором относительно полупроводниковой подложки, которые одними концами жестко прикреплены к рамке, а другими - к инерционной массе.The inertial mass is fixed in the frame using four elastic beams made of semiconductor material and located with a gap relative to the semiconductor substrate, which are rigidly attached to the frame at one end and to the inertial mass at the other ends.

На инерционной массе, с двух противоположенных сторон закреплены электроды, образующие с двумя электродами, закрепленными на рамке, плоские конденсаторы, которые являются емкостными преобразователями перемещений инерционной массы относительно рамки.On the inertial mass, from two opposite sides, electrodes are fixed, forming with two electrodes fixed on the frame, flat capacitors, which are capacitive transducers of inertial mass displacements relative to the frame.

Рамка выполнена из полупроводникового материала и расположена с зазором относительно полупроводниковой подложки.The frame is made of a semiconductor material and is positioned with a gap relative to the semiconductor substrate.

Рамка закреплена в основании с помощью четырех упругих балок, выполненных из полупроводникового материала и расположенных с зазором относительно полупроводниковой подложки, которые одними концами жестко прикреплены к рамке, а другими - к основанию.The frame is fixed to the base with four elastic beams made of a semiconductor material and located with a gap relative to the semiconductor substrate, which are fixed at one end to the frame and the other to the base.

На рамке с двух противоположных сторон закреплены гребенчатые структуры электростатического вибропривода, которые имеют возможность электростатического взаимодействия через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов с пластинами электростатического вибропривода закрепленными на основании. Основание расположено непосредственно на подложке и выполнено из полупроводникового материала в виде прямоугольной рамы.The comb structures of the electrostatic vibrodrive are fixed on the frame from two opposite sides, which have the possibility of electrostatic interaction through the lateral gaps and interconnected electrode combs with plates of the electrostatic vibrodriver mounted on the base. The base is located directly on the substrate and is made of a semiconductor material in the form of a rectangular frame.

Данный гироскоп позволяет измерять величину угловой скорости при вращении его вокруг оси Z, направленной перпендикулярно плоскости подложки гироскопа.This gyroscope allows you to measure the magnitude of the angular velocity while rotating it around the Z axis, perpendicular to the plane of the gyroscope substrate.

Недостатком конструкции данного гироскопа является невозможность одновременного измерения двух угловых скоростей основания вокруг осей Х и Y, расположенных в плоскости подложки гироскопа.The disadvantage of the design of this gyroscope is the impossibility of simultaneously measuring two angular velocities of the base around the X and Y axes located in the plane of the gyroscope substrate.

Известен наиболее близкий к заявляемому объекту интегральный микромеханический гироскоп [патент РФ №2300773, G01P 15/08 (2006.01), опубликованный 10.06.2007 Бюл. №16], который содержит диэлектрическую подложку с расположенными на ней металлическими электродами емкостных преобразователей перемещений, два неподвижных электрода электростатических приводов с гребенчатыми структурами с одной стороны, четыре опоры, расположенные непосредственно на подложке. Один подвижный электрод электростатического привода, выполненного в виде прямоугольной рамки с гребенчатыми структурами с двух противоположных сторон и расположенного с зазором относительно полупроводниковой подложки. Подвижный электрод соединен с опорами с помощью четырех упругих балок, выполненных из полупроводникового материала и расположенных с зазором относительно подложки. Балки одними концами жестко прикреплены к подвижному электроду, а другими - к четырем опорам.Known closest to the claimed object integrated micromechanical gyroscope [RF patent No. 2300773, G01P 15/08 (2006.01), published on 10.06.2007 Bull. No. 16], which contains a dielectric substrate with metal electrodes of capacitive displacement transducers located on it, two fixed electrodes of electrostatic drives with comb structures on one side, and four supports located directly on the substrate. One movable electrode of an electrostatic drive, made in the form of a rectangular frame with comb structures on two opposite sides and located with a gap relative to the semiconductor substrate. The movable electrode is connected to the supports using four elastic beams made of semiconductor material and located with a gap relative to the substrate. Beams at one end are rigidly attached to the movable electrode, and at the other to four supports.

Внутренняя рамка, выполненная из полупроводникового материала и расположенная с зазором относительно подложки, соединенная с подвижным электродом с помощью четырех упругих балок, выполненных из полупроводникового материала. Упругие балки расположены с зазором относительно подложки.An internal frame made of semiconductor material and located with a gap relative to the substrate, connected to the movable electrode using four elastic beams made of semiconductor material. Elastic beams are located with a gap relative to the substrate.

Инерционная масса, выполненная из полупроводникового материала и расположенная с зазором относительно подложки, соединенная с внутренней рамкой с помощью двух торсионных балок, выполненных из полупроводникового материала. Упругие балки расположены с зазором относительно полупроводниковой подложки.Inertial mass made of semiconductor material and located with a gap relative to the substrate, connected to the inner frame using two torsion beams made of semiconductor material. The elastic beams are spaced relative to the semiconductor substrate.

Данный гироскоп позволяет измерять величину угловой скорости при вращении его вокруг оси Z, направленной перпендикулярно плоскости подложки, и X, расположенной в плоскости подложки гироскопа.This gyroscope allows you to measure the magnitude of the angular velocity when it rotates around the Z axis, perpendicular to the plane of the substrate, and X, located in the plane of the gyroscope substrate.

Недостатком конструкции данного гироскопа является невозможность одновременного измерения двух угловых скоростей основания: вокруг осей Х и Y, расположенных в плоскости подложки гироскопаThe design flaw of this gyroscope is the impossibility of simultaneously measuring two angular velocities of the base: around the X and Y axes located in the plane of the gyroscope substrate

Задача предлагаемого изобретения - расширение арсенала средств аналогичного назначения за счет возможности измерения угловых скоростей вокруг двух взаимно перпендикулярных осей Х и Y, расположенных в плоскости подложки.The objective of the invention is the expansion of the arsenal of tools for a similar purpose due to the possibility of measuring angular velocities around two mutually perpendicular axes X and Y located in the plane of the substrate.

Поставленная задача достигается за счет того, что интегральный микромеханический гироскоп содержит, так же как прототип, диэлектрическую подложку, на которой закреплено основание, неподвижные гребенчатые структуры в виде пластин электростатического вибропривода, при этом в основании закреплена прямоугольная наружная рама посредством четырех упругих балок, а на наружной раме с двух противоположных сторон закреплены электроды емкостных преобразователей перемещений внутренней рамы относительно наружной рамы и подвижные гребенчатые структуры в виде пластин электростатического вибропривода, выполненные с возможностью электростатического взаимодействия с подвижными пластинами через боковые зазоры за счет взаимопроникающих друг в друга гребенчатых структур электростатического вибропривода, внутренняя прямоугольная рама, закрепленная в основании посредством четырех упругих балок, инерционная масса, выполненная в виде пластины, на которой с двух противоположных сторон закреплены электроды емкостных преобразователей ее перемещений относительно внутренней рамы, причем инерционная масса закреплена во внутренней раме с помощью двух упругих балок, при этом инерционная масса, внутренняя рама, наружная рама и упругие балки расположены с зазором относительно подложки.The task is achieved due to the fact that the integrated micromechanical gyroscope contains, as well as a prototype, a dielectric substrate on which the base is fixed, fixed comb structures in the form of plates of an electrostatic vibrodrive, while the base is fixed to a rectangular outer frame by means of four elastic beams, and on the outer frame on two opposite sides are fixed electrodes of capacitive transducers of displacements of the inner frame relative to the outer frame and movable comb structures in the form of plates of an electrostatic vibrodrive, made with the possibility of electrostatic interaction with moving plates through lateral gaps due to interpenetrating comb structures of an electrostatic vibrodrive, an internal rectangular frame fixed to the base by four elastic beams, an inertial mass made in the form of a plate on which on two opposite sides are fixed electrodes of capacitive transducers of its movements relative to the inner frame, moreover, the inertial mass is fixed in the inner frame using two elastic beams, while the inertial mass, the inner frame, the outer frame and the elastic beams are located with a gap relative to the substrate.

Согласно изобретению для закрепления инерционной массы во внутренней раме введены две дополнительные упругие балки, расположенные с зазором относительно подложки, причем эти упругие балки размещены в микромеханическом гироскопе таким образом, чтобы обеспечивать возможность совершения поступательных колебаний инерционной массы вдоль оси Х, расположенной в плоскости подложки, а на внутренней раме с двух противоположных сторон закреплены электроды емкостных преобразователей перемещений внутренней рамы относительно наружной и два электрода емкостных преобразователей перемещений инерционной массы относительно внутренней рамыAccording to the invention, in order to fix the inertial mass in the inner frame, two additional elastic beams are introduced, which are located with a gap relative to the substrate, and these elastic beams are placed in a micromechanical gyroscope in such a way as to allow translational oscillations of the inertial mass along the X axis located in the plane of the substrate, and on the inner frame from two opposite sides are fixed electrodes of capacitive transducers of displacement of the inner frame relative to the outer and two electric electrode of capacitive transducers of inertial mass displacements relative to the internal frame

Введение двух дополнительных упругих балок для закрепления инерционной массы во внутренней раме, электродов емкостных преобразователей перемещений внутренней рамы относительно наружной, а так же двух электродов емкостных преобразователей перемещений инерционной массы относительно внутренней рамы, расположенных на внутренней раме с двух противоположных сторон, позволяет измерять величины угловых скоростей поворота основания вокруг осей Х и Y, расположенных взаимно перпендикулярно в плоскости подложки.The introduction of two additional elastic beams for fixing the inertial mass in the inner frame, electrodes of capacitive transducers of displacement of the inertial mass relative to the outer, as well as two electrodes of capacitive transducers of displacement of the inertial mass relative to the inner frame, located on the inner frame from two opposite sides, allows you to measure angular velocities rotation of the base around the X and Y axes located mutually perpendicular to the plane of the substrate.

На чертеже приведена топология и сечения предлагаемого интегрального микромеханического гироскопа.The drawing shows the topology and sections of the proposed integrated micromechanical gyroscope.

Интегральный микромеханический гироскоп содержит инерционную массу 1, выполненную в виде пластины из полупроводникового материала и расположенную с зазором относительно полупроводниковой подложки 2.The integrated micromechanical gyroscope contains an inertial mass 1 made in the form of a plate of semiconductor material and located with a gap relative to the semiconductor substrate 2.

Инерционная масса 1 закреплена во внутренней раме 3 с помощью четырех упругих балок 4, 5, 6, 7, выполненных из полупроводникового материала и расположенных с зазором относительно полупроводниковой подложки 2. Упругие балки 4, 5,6, 7 размещены в микромеханическом гироскопе таким образом, чтобы обеспечивать возможность совершения поступательных колебаний инерционной массы вдоль оси Х, расположенной в плоскости подложки.The inertial mass 1 is fixed in the inner frame 3 using four elastic beams 4, 5, 6, 7 made of a semiconductor material and located with a gap relative to the semiconductor substrate 2. The elastic beams 4, 5, 6, 7 are placed in a micromechanical gyroscope in such a way to allow translational oscillations of the inertial mass along the X axis located in the plane of the substrate.

На инерционной массе 1, с двух противоположных сторон закреплены электроды 8, 9, образующие с двумя электродами 10, 11, закрепленными на внутренней раме 3, плоские конденсаторы, которые являются емкостными преобразователями перемещений инерционной массы 1 относительно внутренней рамы 3.On the inertial mass 1, from two opposite sides, electrodes 8, 9 are fixed, forming flat capacitors with two electrodes 10, 11 fixed on the inner frame 3, which are capacitive transducers of displacements of the inertial mass 1 relative to the inner frame 3.

Прямоугольная внутренняя рама 3 выполнена из полупроводникового материала и расположена с зазором относительно полупроводниковой подложки 2.The rectangular inner frame 3 is made of a semiconductor material and is located with a gap relative to the semiconductor substrate 2.

Внутренняя рама 3 закреплена в наружной раме 12 с помощью четырех упругих балок 13, 14, 15, 16, выполненных из полупроводникового материала и расположенных с зазором относительно полупроводниковой подложки 2. Упругие балки одними концами жестко прикреплены к наружной раме 12, а другими - к внутренней раме 3.The inner frame 3 is fixed in the outer frame 12 using four elastic beams 13, 14, 15, 16, made of a semiconductor material and located with a gap relative to the semiconductor substrate 2. The elastic beams at one end are rigidly attached to the outer frame 12, and the other to the inner frame 3.

На внутренней раме 3, с двух противоположных сторон закреплены электроды 17, 18, образующие с двумя электродами 19, 20, закрепленными на наружной раме 12, плоские конденсаторы, которые являются емкостными преобразователями перемещений внутренней рамы 3 относительно наружной рамы 12.On the inner frame 3, from two opposite sides, electrodes 17, 18 are fixed, forming flat capacitors with two electrodes 19, 20 fixed on the outer frame 12, which are capacitive transducers of displacements of the inner frame 3 relative to the outer frame 12.

Прямоугольная наружная рама 12 выполнена из полупроводникового материала и расположена с зазором относительно полупроводниковой подложки 2.The rectangular outer frame 12 is made of a semiconductor material and is positioned with a gap relative to the semiconductor substrate 2.

На наружной раме 12, с двух противоположных сторон закреплены подвижные относительно подложки гребенчатые структуры в виде параллельно расположенных пластин 21, 22 электростатического вибропривода.On the outer frame 12, on two opposite sides, comb structures movable relative to the substrate are fixed in the form of parallel-mounted plates 21, 22 of an electrostatic vibrator.

На основании 25 с двух противоположных сторон закреплены неподвижные относительно подложки гребенчатые структуры в виде параллельно расположенных пластин 23, 24 электростатического вибропривода, которые имеют возможность электростатического взаимодействия с подвижными пластинами 21, 22 через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга пластины электростатического вибропривода.On the base 25, comb structures, fixed relative to the substrate, are fixed on two opposite sides in the form of parallel-mounted electrostatic vibrator plates 23, 24, which are able to electrostatically interact with the movable plates 21, 22 through the side gaps and the electrostatic vibrator plate interpenetrating each other.

Основание 25 расположено непосредственно на подложке 2 и выполнено из полупроводникового материала в виде прямоугольной рамы.The base 25 is located directly on the substrate 2 and is made of a semiconductor material in the form of a rectangular frame.

Наружная рама 12 закреплена в основании 25 с помощью четырех упругих балок 26, 27, 28, 29, выполненных из полупроводникового материала и расположенных с зазором относительно полупроводниковой подложки 2, которые одними концами жестко прикреплены к наружной раме 12, а другими - к основанию 25.The outer frame 12 is fixed to the base 25 using four elastic beams 26, 27, 28, 29 made of a semiconductor material and arranged with a gap relative to the semiconductor substrate 2, which are fixed at one end to the outer frame 12 and the other to the base 25.

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

При подаче на пластины 21, 22 и 23, 24 электростатического привода переменных напряжений, сдвинутых относительно друг друга на 180°, между пластинами 21, 22 и 23, 24 возникает электростатическое взаимодействие, что приводит к возникновению колебаний гироскопа в плоскости, перпендикулярной полупроводниковой подложке 2 вдоль оси Z, за счет изгиба упругих балок 26, 27, 28, 29, соединяющих наружную раму 12 с основанием 25.When applying to the plates 21, 22 and 23, 24 an electrostatic drive of alternating voltages 180 ° shifted relative to each other, between the plates 21, 22 and 23, 24 an electrostatic interaction occurs, which leads to gyroscopic oscillations in the plane perpendicular to the semiconductor substrate 2 along the Z axis, due to the bending of the elastic beams 26, 27, 28, 29 connecting the outer frame 12 with the base 25.

Зазоры между внутренней рамой 3 и инерционной массой 1, а так же между наружной рамой 12 и внутренней рамой 3 при этом не изменяются. Напряжения, генерируемые на парах емкостных преобразователей перемещений, образованных электродами 8, 10 и 9, 11, а так же 17, 19 и 18, 20 соответственно одинаковы.The gaps between the inner frame 3 and the inertial mass 1, as well as between the outer frame 12 and the inner frame 3 are not changed. The voltages generated on the pairs of capacitive displacement transducers formed by electrodes 8, 10 and 9, 11, as well as 17, 19 and 18, 20, respectively, are the same.

При возникновении вращения (угловой скорости) полупроводниковой подложки 2 вокруг оси X, расположенной в плоскости полупроводниковой подложки 2, под действием силы Кориолиса внутренняя рама 3 вместе с инерционной массой 1 начинают совершать колебания в плоскости полупроводниковой подложки 2 за счет изгиба упругих балок 13, 14, 15, 16 относительно наружной рамы 12. Разность напряжений, генерируемых на емкостных преобразователях перемещений, образованных электродами 18 и 20, а также 17 и 19, расположенными на внутренней раме 3 и наружной раме 12 соответственно, за счет изменения величины зазора между ними характеризует величину измеряемой угловой скорости. Амплитуда этих колебаний является мерой угловой скорости, а фаза говорит о направлении скорости. Напряжения, генерируемые в емкостных преобразователях перемещений, образованных электродами 8 и 10, а так же 9 и 11, не изменяются.When rotation (angular velocity) of the semiconductor substrate 2 occurs around the X axis located in the plane of the semiconductor substrate 2, under the influence of the Coriolis force, the inner frame 3 together with the inertial mass 1 begin to oscillate in the plane of the semiconductor substrate 2 due to the bending of the elastic beams 13, 14, 15, 16 relative to the outer frame 12. The voltage difference generated by the capacitive displacement transducers formed by the electrodes 18 and 20, as well as 17 and 19, located on the inner frame 3 and the outer frame 12, respectively Twain, by changing the size of the gap therebetween characterizes the measured angular velocity. The amplitude of these oscillations is a measure of the angular velocity, and the phase indicates the direction of velocity. The voltages generated in the capacitive displacement transducers formed by the electrodes 8 and 10, as well as 9 and 11, do not change.

При возникновении вращения (угловой скорости) полупроводниковой подложки 2 вокруг другой оси, расположенной в плоскости полупроводниковой подложки 2 (ось Y), под действием силы Кориолиса инерционная масса 1 начинает совершать колебания в плоскости полупроводниковой подложки 2 за счет изгиба упругих балок 4, 5, 6, 7 относительно внутренней рамы 3. Разность напряжений, генерируемых на емкостных преобразователях перемещений, образованных электродами 8 и 10, а также 9 и 11, расположенными на внутренней раме 3 и инерционной массе 1 соответственно, за счет изменения величины зазора между ними характеризует величину измеряемой угловой скорости. Амплитуда этих колебаний является мерой угловой скорости, а фаза говорит о направлении скорости. Напряжения, генерируемые в емкостных преобразователях перемещений, образованных электродами 17 и 19, 18 и 20, не изменяются.When rotation (angular velocity) of the semiconductor substrate 2 occurs around another axis located in the plane of the semiconductor substrate 2 (Y axis), under the influence of the Coriolis force, the inertial mass 1 begins to oscillate in the plane of the semiconductor substrate 2 due to the bending of the elastic beams 4, 5, 6 , 7 relative to the inner frame 3. The voltage difference generated by the capacitive displacement transducers formed by electrodes 8 and 10, as well as 9 and 11, located on the inner frame 3 and inertial mass 1, respectively, due to changes in the gap between them characterizes the magnitude of the measured angular velocity. The amplitude of these oscillations is a measure of the angular velocity, and the phase indicates the direction of velocity. The voltages generated in the capacitive displacement transducers formed by the electrodes 17 and 19, 18 and 20 do not change.

Таким образом, предлагаемое устройство представляет собой интегральный микромеханический гироскоп, позволяющий измерять величины угловых скоростей вокруг осей Х и Y, расположенных взаимно перпендикулярно в плоскости подложки.Thus, the proposed device is an integrated micromechanical gyroscope that allows you to measure angular velocities around the X and Y axes located mutually perpendicular to the plane of the substrate.

Claims (2)

1. Интегральный механический гироскоп, содержащий диэлектрическую подложку, на которой закреплено основание, неподвижные гребенчатые структуры в виде пластин электростатического вибропривода, при этом в основании закреплена прямоугольная наружная рама посредством четырех упругих балок, а на наружной раме с двух противоположных сторон закреплены электроды емкостных преобразователей перемещений внутренней рамы относительно наружной рамы и подвижные гребенчатые структуры в виде пластин электростатического вибропривода, выполненные с возможностью электростатического взаимодействия с подвижными пластинами через боковые зазоры за счет взаимопроникающих друг в друга гребенчатых структур электростатического вибропривода, внутренняя прямоугольная рама, закрепленная в основании посредством четырех упругих балок, инерционная масса, выполненная в виде пластины, на которой с двух противоположных сторон закреплены электроды емкостных преобразователей ее перемещений относительно внутренней рамы, причем инерционная масса закреплена во внутренней раме с помощью двух упругих балок, при этом инерционная масса, внутренняя рама, наружная рама и упругие балки расположены с зазором относительно подложки, отличающийся тем, что для закрепления инерционной массы во внутренней раме использованы две дополнительные упругие балки, обеспечивающие возможность совершения поступательных колебаний инерционной массы вдоль оси, расположенной в плоскости подложки, а на внутренней раме с двух противоположных сторон закреплены электроды емкостных преобразователей перемещений внутренней рамы относительно наружной и два электрода емкостных преобразователей перемещений инерционной массы относительно внутренней рамы.1. An integrated mechanical gyroscope containing a dielectric substrate on which a base is fixed, fixed comb structures in the form of plates of an electrostatic vibrodrive, while a rectangular outer frame is fixed to the base by means of four elastic beams, and capacitive transducer electrodes are fixed on the outer frame from two opposite sides the inner frame relative to the outer frame and movable comb structures in the form of plates of an electrostatic vibrator, made with the possibility of electrostatic interaction with movable plates through lateral gaps due to interdigital comb structures of an electrostatic vibrodrive, an internal rectangular frame fixed to the base by four elastic beams, an inertial mass made in the form of a plate on which capacitive electrodes are fixed from two opposite sides transducers of its movements relative to the inner frame, and the inertial mass is fixed in the inner frame using two other beams, while the inertial mass, the inner frame, the outer frame and the elastic beams are located with a gap relative to the substrate, characterized in that for fixing the inertial mass in the inner frame, two additional elastic beams are used, which provide the possibility of translational oscillations of the inertial mass along the axis located in the plane of the substrate, and on the inner frame from two opposite sides are fixed electrodes of capacitive transducers of displacement of the inner frame relative to the outer and VA electrode of capacitive transducers of inertial mass displacement relative to the inner frame. 2. Интегральный микромеханический гироскоп по п.1, отличающийся тем, что инерционная масса, внутренняя и наружная рамы, основание и упругие балки выполнены из полупроводникового материала. 2. The integrated micromechanical gyroscope according to claim 1, characterized in that the inertial mass, the inner and outer frames, the base and the elastic beams are made of semiconductor material.
RU2007146948/28A 2007-12-17 2007-12-17 Integral micromechanical gyroscope RU2353903C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007146948/28A RU2353903C1 (en) 2007-12-17 2007-12-17 Integral micromechanical gyroscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007146948/28A RU2353903C1 (en) 2007-12-17 2007-12-17 Integral micromechanical gyroscope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2353903C1 true RU2353903C1 (en) 2009-04-27

Family

ID=41019089

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007146948/28A RU2353903C1 (en) 2007-12-17 2007-12-17 Integral micromechanical gyroscope

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2353903C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2503924C1 (en) * 2012-05-30 2014-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Integral micromechanical gyroscope
RU2543686C1 (en) * 2013-10-16 2015-03-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Micromechanical accelerometer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЗБРУЦКИЙ А.В. и др. Динамика чувствительного элемента микромеханического гироскопа с дополнительной рамкой. - Гироскопия и навигация, 1998, №2(22), с.13-23. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2503924C1 (en) * 2012-05-30 2014-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Integral micromechanical gyroscope
RU2543686C1 (en) * 2013-10-16 2015-03-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Micromechanical accelerometer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8555718B2 (en) Piezoelectric transducers
JP5649972B2 (en) Yaw rate sensor
KR101166866B1 (en) Mems gyroscope with horizontally oriented drive electrodes
KR101828771B1 (en) Gyroscope structure and gyroscope with improved quadrature compensation
EP3268305B1 (en) A microelectromechanical capacitive sensor structure and device
US8794069B2 (en) Angular velocity sensor
JP6372566B2 (en) Improved quadrature compensation
WO2017113911A1 (en) Silicon-based micromechanical vibratory gyroscope with i-shaped structure
RU2351897C1 (en) Integrated micromechanical accelerometer gyroscope
RU2597950C1 (en) Integral micro mechanical gyroscope accelerometer
RU2353903C1 (en) Integral micromechanical gyroscope
RU2597953C1 (en) Integral micromechanical gyroscope-accelerometer
RU2543686C1 (en) Micromechanical accelerometer
RU2716869C1 (en) Integrated micromechanical gyroscope-accelerometer
RU2351896C1 (en) Integrated micromechanical accelerometer gyroscope
RU2683810C1 (en) Integral micro mechanical gyroscope-accelerometer
RU2649249C1 (en) Integral micro mechanical gyroscope-accelerometer
RU2266521C1 (en) Integrating micromechanical gyro
RU2304273C1 (en) Carbon nano-tubes based integral micro-mechanical gyroscope
RU2293338C1 (en) Integral micro-mechanical gyroscope-accelerometer
RU2293337C1 (en) Integral micromechanical gyroscope
RU2503924C1 (en) Integral micromechanical gyroscope
RU2251077C1 (en) Integrating micromechanical gyro
EP2775258B1 (en) Microelectromechanical gyroscope
RU2334237C1 (en) Integral micromechanical gyroscope-accelerometer on basis of carbon nanotubes

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091218