● 摘要
直接输出频率的微机械陀螺是当今国际上研究的一个新方向。美国加州大学伯克利分校于2002年利用表面硅工艺做出了实验样件，其灵敏度达到0.042Hz/(deg/sec)。随后，国内主要由东南大学做了一些定性的仿真工作。本论文以静电激振、电容拾振的谐振式微机械陀螺为研究对象，以高灵敏度和高自解耦特性为主要设计目标，对其结构和尺寸参数进行了优化设计。选取了标准SOG(silicon-on-glass)体硅工艺做出了相应的加工版图。 论文主要包括以下内容： 以高灵敏度为设计目标，给出了具有单质量块的高灵敏度陀螺的设计方案，并针对杠杆放大机构、支撑梁、双端固支音叉（DETF）等进行了结构优化与仿真。最终得到传感器的灵敏度为0.5447Hz/(deg/sec)；自解耦方面，驱动方向上DETF由质量块振动所引起的振幅为质量块振幅的1.16E-4倍；陀螺的线性度为6.41×10-7。 以高自解耦特性为设计目标，给出了具有框架结构的高解耦特性陀螺的设计方案，并针对杠杆与内质量块连接处形式、杠杆放大机构、DETF等进行了结构优化与仿真。最终得到传感器的灵敏度为0.495Hz/(deg/sec)；自解耦方面，驱动方向上DETF由质量块振动所引起的振幅为质量块振幅的3.01E-6倍；陀螺的线性度为5.3×10-7。 对比现有公开发表的文献，本文在谐振式微陀螺的设计计算和理论分析方面做出了更为深入细致的工作。