单热源热流陀螺仪敏感机理的研究

李 备,朴林华,王育新

(北京信息科技大学 理学院,北京 100192)

传统的微机械陀螺仪都是利用固体质量块来检测加速度或角速度,这种结构会导致陀螺仪出现诸多问题,如抗冲击能力差、体积无法进一步缩小、难以集成、性能不稳定、灵敏度不高等。近年来,利用热流代替固体质量检测加速度或角速度的微型热流体陀螺仪可解决这些问题。Zhu 等[1]提出了一种新型微机械角速度传感器,该传感器是基于中央加热器的自然对流传热工作的,可将角速度的变化转换为气流方向的偏移,进而引起温度场的变化,通过检测温度的变化量敏感角速度。该传感器可作为角速度传感器,也可作为双轴加速度计。后来,Leung 等[2]通过体硅加工技术制作了热对流加速度计,这种加速度计频率响应好、成本低,极具市场潜力。然而,这些热对流陀螺仪或加速度计通常需要大体积的微机械腔体,无法进一步小型化,在进一步加热的过程中无法产生明显的温度差,造成其角速度信号不易检测、灵敏度太低。大多数热对流陀螺仪或加速度计使用较长的加热丝加热周围环境,需要消耗大量的功率,导致其无法应用于便携式电子设备[3]。因此研究一种低功耗、体积小、高灵敏度的热流体陀螺具有十分重要的意义。本文设计了一种新型单热源热流陀螺仪,该陀螺具有小尺寸的“十”字型腔体,可使热敏电阻产生明显的温度差;同时将两根加热丝并联构成单热源,既能降低功耗,也能保证加热温度不至于过高。……