反磁悬浮转子静电驱动微型陀螺仪的制作方法

专利名称：反磁悬浮转子静电驱动微型陀螺仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种微机电技术领域的微型陀螺仪，具体是一种反磁悬浮转子静电驱动微型陀螺仪。
背景技术：
随着MEMS技术的发展，惯性传感器件在过去的几年中成为最成功，应用最广泛的微机电系统器件之一。主要受汽车工业的驱动，微加工振动式机械陀螺仪在过去的几年里已得到广泛的研究，性能显著提高。与此同时，为克服振动式微机械陀螺仪的支悬对称结构性和模态匹配对制造缺陷、温度变化等的敏感性，既可进行振动微陀螺结构设计改进，另一方面又要尝试研制新型结构方法的微陀螺，悬浮转子微陀螺因此已得到美、日、英等国的重视，于20世纪90年代初着手研究，并取得了一定的研究成果。
经对现有技术的文献检索发现，B.Damrongsak，M.Kraft在《The 4th IEEE Conf.on sensors》(Nov.2005，401-404页)上发表“A Micromachined ElectrostaticallySuspended.Gyroscope with Digital Force Feedback”，该文中提出一种静电悬浮盘形硅转子的微陀螺。其不足之处在于需要提供悬浮静电力电极和稳定X、Y轴方向位置的控制电极，工艺相对复杂。

发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供了一种反磁悬浮转子静电驱动微型陀螺仪。相比传统静电悬浮省去了提供悬浮静电力线圈或电容极板等静电悬浮控制单元，且改为采用永磁材料和反磁材料相结合，来实现自稳悬浮的反磁悬浮转子静电驱动微型陀螺仪，使其采用悬浮式反磁敏感质量块，依靠上、下定子对反磁转子提供平衡重力的悬浮力和侧向稳定力，实现自稳定悬浮，工艺更加简单，并可以同时检测包括沿X、Y、Z轴的三轴线加速度以及绕X、Y轴二轴角加速度。
本发明是通过以下技术方案来实现。本发明陀螺整体采用的是三层结构，由上定子、转子和下定子三部分构成。上定子和下定子通过上定子的电气导通凹槽与下定子的接线铜柱的键合来实现电气和机械连接，转子悬浮在空腔中，采用盘形形状，同时在转子中间反磁材料层的上、下表面分别覆盖Ti层，使三者形成夹层结构。
上定子和下定子结构相似，采用的衬底均为铁氧体，形状都是方形。
上定子主要结构有上定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板、旋转电容极板以及上定子公共电容极板结构，三者位于同一平面即上定子引线层之上，平面几何中心分布的是上定子公共电容极板结构，在以平面几何中心为圆心的由内往外的四个同心圆周上，第一、第二个同心圆周上分别依次均匀分布着旋转电容极板以及上定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板。除主要结构外，上定子还包括电气导通凹槽、上定子检测X轴方向和Y轴方向线加速度的电容极板、弧形限位铜柱、上定子铁氧体衬底、上定子绝缘Al2O3层，以及上定子引线层。各组成结构之间的主要位置关系是电气导通凹槽、上定子检测X轴方向和Y轴方向线加速度的电容极板以及弧形限位铜柱，位于上定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板、旋转电容极板、上定子公共电容极板结构所在同一平面即上定子引线层之上，平面几何中心分布的是上定子公共电容极板结构，在以平面几何中心为圆心的由内往外的四个同心圆周上，第一、第二个同心圆周上分别依次均匀分布着旋转电容极板以及上定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板，第三、第四个同心圆周上分别依次均匀分布着上定子检测X轴方向和Y轴方向线加速度的电容极板以及弧形限位铜柱；在弧形限位铜柱往外，在上定子的四条边各自的平行方向上，电气导通凹槽呈直线排布。
下定子主要结构有下定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板、旋转电容极板以及下定子公共电容极板结构，三者位于同一平面即下定子引线层之上，平面几何中心分布的是下定子公共电容极板结构，在以平面几何中心为圆心的由内往外的四个同心圆周上，第一、第二个同心圆周上分别依次均匀分布着旋转电容极板以及下定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板。除主要结构外，下定子还包括引线电极、接线铜柱、弧形限位铜柱，下定子检测X轴方向和Y轴方向线加速度的电容极板、下定子铁氧体衬底、下定子绝缘Al2O3层，以及下定子引线层。各组成结构之间的主要位置关系是引线电极、接线铜柱、弧形限位铜柱以及下定子检测X轴方向和Y轴方向线加速度的电容极板，位于下定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板、旋转电容极板、下定子公共电容极板结构所在同一平面即下定子引线层之上，平面几何中心分布的是下定子公共电容极板结构，在以平面几何中心为圆心的由内往外的四个同心圆周上，第一、第二个同心圆周上分别依次均匀分布着旋转电容极板以及下定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板，第三、第四个同心圆周上分别依次均匀分布着下定子检测X轴方向和Y轴方向线加速度的电容极板以及弧形限位铜柱；在弧形限位铜柱往外，在下定子的四条边各自的平行方向上，接线铜柱呈直线排布；在接线铜柱往外，在下定子的四条边各自的平行方向上，引线电极呈直线排布。
在上述结构中，上定子公共电容极板结构和下定子公共电容极板结构均包括一个中心区和四个扇形区，上、下定子公共电容极板结构的四个扇形区以及上、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板采用的是永磁材料。转子则采用反磁材料制作其基片，即转子中间反磁材料层。
本发明反磁悬浮转子静电驱动微型陀螺仪，通过上定子的电气导通凹槽与下定子的接线铜柱的PbSn焊实现键合，同时通过对上、下定子公共电容极板结构的四个扇形区以及上、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板充磁，使相应的电容极板形成N-S一一对应的磁极极性相反的关系。它们之间的吸引力使得上定子和下定子的键合更加紧密。
本发明的转子悬浮转子和上、下定子之间的相互作用力即抗磁力为悬浮反磁定子提供了Z向悬浮力，同时也为转子提供沿X、Y轴方向的侧向稳定力，进而转子实现了在上定子和下定子间的自稳定悬浮。
本发明的转子旋转原理采用变电容静电旋转驱动原理，通常采用三相DC电压驱动，将上定子的旋转电容极板分成三组，相应地下定子的旋转电容极板也分成三组，通过引线电极对上定子三组旋转电容极板分别施加直流电压V1、V2、V3，对与上定子三组旋转电容极板相对应组别的下定子三组旋转电容极板施加直流电压-V1、-V2、-V3，直流电压V1、V2和V3之间的相位差为120度，因此当转子在平衡位置时，由于上定子和下定子同相的定子驱动电极沿圆周对称分布且总施加等量异号的直流驱动电压，则作用于转子的净轴向驱动力和净径向驱动力都为零，但切向驱动力产生对转子的驱动转矩，驱动转子以一定的转速旋转。
本发明的信号检测采用差分电容结构，将电容极板按所需的检测功能分成若干组，反磁悬浮转子静电驱动微型陀螺仪在工作时，对各组差分电容施加不同频率或多组频率的高频载波信号，并采用公共电容耦合输出至后续检测和控制电路，这样就得到各线加速度和角加速度对应的电压信号，通过对电压信号的处理，最终得到加速度信号，确定加速度计受到加速度，并施加反馈控制使转子始终保持在自稳悬浮的平衡位置。
本发明解决了现有技术的不足，采用悬浮式反磁敏感质量块，依靠上、下定子对反磁转子提供平衡重力的悬浮力和侧向稳定力，实现自稳定悬浮，相比传统静电悬浮省去了提供悬浮静电力线圈或电容极板等静电悬浮控制单元，工艺更加简单。


图1为本发明总体结构示意2为本发明上定子结构示意3为本发明下定子结构示意4为本发明转子结构示意图具体实施方式
下面结合附图对本发明的一实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1，本发明采用的是三层结构，由上定子1，转子3和下定子2构成。上定子1和下定子2通过键合实现电气和机械连接，并形成空腔，转子3则放置在此空腔内。
如图2，上定子1包括右上第一号电气导通凹槽4、右上第二号电气导通凹槽5、右上第三号电气导通凹槽6、右上第四号电气导通凹槽7、右下第一号电气导通凹槽8、右下第二号电气导通凹槽9、右下第三号电气导通凹槽10、右下第四号电气导通凹槽11、右下第五号电气导通凹槽12、右下第六号电气导通凹槽13、左下第一号电气导通凹槽14、左下第二号电气导通凹槽15、左下第三号电气导通凹槽16、左下第四号电气导通凹槽17、左上第一号电气导通凹槽18、左上第二号电气导通凹槽19、左上第三号电气导通凹槽20、左上第四号电气导通凹槽21，左上第五号电气导通凹槽22、左上第六号电气导通凹槽23、上定子右上弧形限位铜柱24，上定子右下弧形限位铜柱25，上定子左下弧形限位铜柱26，上定子左上下弧形限位铜柱27，上定子检测Y轴方向线加速度的右上第一号电容极板28、上定子检测Y轴方向线加速度的右上第二号电容极板29，上定子检测X轴方向线加速度的右下第一号电容极板30、上定子检测X轴方向线加速度的右下第二号电容极板31，上定子检测Y轴方向线加速度的左下第一号电容极板32、上定子检测Y轴方向线加速度的左下第二号电容极板33，上定子检测X轴方向线加速度的左上第一号电容极板34、上定子检测X轴方向线加速度的左上第二号电容极板35，上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板36、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板37、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板38、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板39、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板40、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板41、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板42、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板43，上定子右上第一号旋转电容极板44、上定子右上第二号旋转电容极板45、上定子右上第三号旋转电容极板46、上定子右下第一号旋转电容极板47、上定子右下第二号旋转电容极板48、上定子右下第三号旋转电容极板49、上定子左下第一号旋转电容极板50、上定子左下第二号旋转电容极板51、上定子左下第三号旋转电容极板52、上定子左上第一号旋转电容极板53、上定子左上第二号旋转电容极板54、上定子左上第三号旋转电容极板55，上定子公共电容极板右上S区56、上定子公共电容极板右下N区57、上定子公共电容极板左下S区58、上定子公共电容极板左上N区59，上定子公共电容极板中心区60，上定子引线层61，上定子绝缘Al2O3层62，上定子铁氧体衬底63。其连接关系为上定子引线层61设置在上定子绝缘Al2O3层62之上，上定子绝缘Al2O3层62则设置在上定子铁氧体衬底63之上；上定子公共电容极板中心区60设置在在上定子引线层61之上且位于上定子引线层61的几何中心，在上定子公共电容极板中心区60外围设置有上定子公共电容极板右上S区56、上定子公共电容极板右下N区57、上定子公共电容极板左下S区58、上定子公共电容极板左上N区59，它们在以上定子公共电容极板中心区60的中心为圆心的圆周上均匀排布，且与上定子公共电容极板中心区60相连接；上定子公共电容极板右上S区56、上定子公共电容极板右下N区57、上定子公共电容极板左下S区58和上定子公共电容极板左上N区59外围，以上定子公共电容极板中心区60的中心为圆心的圆周上，按顺时针依次均匀分布着上定子右上第一号旋转电容极板44、上定子右上第二号旋转电容极板45、上定子右上第三号旋转电容极板46、上定子右下第一号旋转电容极板47、上定子右下第二号旋转电容极板48、上定子右下第三号旋转电容极板49、上定子左下第一号旋转电容极板50、上定子左下第二号旋转电容极板51、上定子左下第三号旋转电容极板52、上定子左上第一号旋转电容极板53、上定子左上第二号旋转电容极板54、上定子左上第三号旋转电容极板55，它们构成位于以上定子公共电容极板中心区60的中心为圆心的第一个同心圆上的电容极板结构，称之为上定子第一同心圆上的电容极板结构，其中，上定子右上第一号旋转电容极板44、上定子右下第一号旋转电容极板47、上定子左下第一号旋转电容极板50和上定子左上第一号旋转电容极板53归为一组，称之为上定子第一组旋转电容极板，上定子右上第二号旋转电容极板45、上定子右下第二号旋转电容极板48、上定子左下第二号旋转电容极板51和上定子左上第二号旋转电容极板54归为一组，称之为上定子第二组旋转电容极板，上定子右上第三号旋转电容极板46、上定子右下第三号旋转电容极板49、上定子左下第三号旋转电容极板52和上定子左上第三号旋转电容极板55归为一组，称之为上定子第三组旋转电容极板；位于上定子第一同心圆上的电容极板结构的外围，以上定子公共电容极板中心区60的中心为圆心的圆周上，按顺时针依次均匀分布着上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板36、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板37、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板38、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板39、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板40、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板41、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板42、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板43，它们构成位于以上定子公共电容极板中心区60的中心为圆心的第二个同心圆上的电容极板结构，称之为上定子第二同心圆上的电容极板结构；位于上定子第二同心圆上的电容极板结构的外围，以上定子公共电容极板中心区60的中心为圆心的圆周上，按顺时针依次均匀分布着上定子检测Y轴方向线加速度的右上第一号电容极板28、上定子检测Y轴方向线加速度的右上第二号电容极板29，上定子检测X轴方向线加速度的右下第一号电容极板30、上定子检测X轴方向线加速度的右下第二号电容极板31，上定子检测Y轴方向线加速度的左下第一号电容极板32、上定子检测Y轴方向线加速度的左下第二号电容极板33，上定子检测X轴方向线加速度的左上第一号电容极板34、上定子检测X轴方向线加速度的左上第二号电容极板35，它们构成位于以上定子公共电容极板中心区60的中心为圆心的第三个同心圆上的电容极板结构，称之为上定子第三同心圆上的电容极板结构；位于上定子第三同心圆上的电容极板结构的外围，以上定子公共电容极板中心区60的中心为圆心的圆周上，按顺时针依次均匀分布着上定子右上弧形限位铜柱24，上定子右下弧形限位铜柱25，上定子左下弧形限位铜柱26，上定子左上下弧形限位铜柱27，它们构成位于以上定子公共电容极板中心区60的中心为圆心的第四个同心圆上的限位铜柱结构，称之为上定子第四同心圆上的限位铜柱结构，且上定子右上弧形限位铜柱24和上定子左下弧形限位铜柱26在对角方向上，上定子右下弧形限位铜柱25和上定子左上下弧形限位铜柱27在对角方向上；位于上定子第四同心圆上的限位铜柱结构的外围，右上第一号电气导通凹槽4、右上第二号电气导通凹槽5、右上第三号电气导通凹槽6、右上第四号电气导通凹槽7位于右上角且呈直线排布，右下第一号电气导通凹槽8、右下第二号电气导通凹槽9、右下第三号电气导通凹槽10、右下第四号电气导通凹槽11、右下第五号电气导通凹槽12、右下第六号电气导通凹槽13位于右下角且呈直线排布，左下第一号电气导通凹槽14、左下第二号电气导通凹槽15、左下第三号电气导通凹槽16、左下第四号电气导通凹槽17位于左下角且呈直线排布，左上第一号电气导通凹槽18、左上第二号电气导通凹槽19、左上第三号电气导通凹槽20、左上第四号电气导通凹槽21，左上第五号电气导通凹槽22、左上第六号电气导通凹槽23位于左上角且呈直线排布。上定子公共电容极板右上S区56、上定子公共电容极板右下N区57、上定子公共电容极板左下S区58、上定子公共电容极板左上N区59，上定子公共电容极板中心区60，上定子第一同心圆上的电容极板结构、上定子第二同心圆上的电容极板结构和上定子第三同心圆上的电容极板结构高度相同，且略低于上定子第四同心圆上的限位铜柱结构，所有电气导通凹槽的高度亦低于位于上定子第四同心圆上的限位铜柱结构。
如图3，下定子2包括下定子右上第一号引线电极64、下定子右上第二号引线电极65、下定子右上第三号引线电极66、下定子右上第四号引线电极67、下定子右上第五号引线电极68、下定子右上第六号引线电极69、下定子右上第七号引线电极70、下定子右上第八号引线电极71、下定子右上第九号引线电极72、下定子右上第十号引线电极73、下定子右下第一号引线电极74、下定子右下第二号引线电极75、下定子右下第三号引线电极76、下定子右下第四号引线电极77、下定子右下第五号引线电极78、下定子右下第六号引线电极79、下定子右下第七号引线电极80、下定子右下第八号引线电极81、下定子右下第九号引线电极82、下定子右下第十号引线电极83、下定子左下第一号引线电极84、下定子左下第二号引线电极85、下定子左下第三号引线电极86、下定子左下第四号引线电极87、下定子左下第五号引线电极88、下定子左下第六号引线电极89、下定子左下第七号引线电极90、下定子左下第八号引线电极91、下定子左下第九号引线电极92、下定子左下第十号引线电极93、下定子左上第一号引线电极94、下定子左上第二号引线电极95、下定子左上第三号引线电极96、下定子左上第四号引线电极97、下定子左上第五号引线电极98、下定子左上第六号引线电极99、下定子左上第七号引线电极100、下定子左上第八号引线电极101、下定子左上第九号引线电极102、下定子左上第十号引线电极103，右上第一号接线铜柱104、右上第二号接线铜柱105、右上第三号接线铜柱106、右上第四号接线铜柱107、右下第一号接线铜柱108、右下第二号接线铜柱109、右下第三号接线铜柱110、右下第四号接线铜柱111、右下第五号接线铜柱112、右下第六号接线铜柱113、左下第一号接线铜柱114、左下第二号接线铜柱115、左下第三号接线铜柱116、左下第四号接线铜柱117、左上第一号接线铜柱118、左上第二号接线铜柱119、左上第三号接线铜柱120、左上第四号接线铜柱121、左上第五号接线铜柱122、左上第六号接线铜柱123，下定子右上弧形限位铜柱124，下定子右下弧形限位铜柱125，下定子左下弧形限位铜柱126，下定子左上弧形限位铜柱127，下定子检测Y轴方向线加速度的右上第一号电容极板128、下定子检测Y轴方向线加速度的右上第二号电容极板129，下定子检测X轴方向线加速度的右下第一号电容极板130、下定子检测X轴方向线加速度的右下第二号电容极板131、下定子检测Y轴方向线加速度的左下第一号电容极板132、下定子检测Y轴方向线加速度的左下第二号电容极板133，下定子检测X轴方向线加速度的左上第一号电容极板134、下定子检测X轴方向线加速度的左上第二号电容极板135，下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板136、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板137、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板138、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板139、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板140、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板141、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板142、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板143，下定子右上第一号旋转电容极板144、下定子右上第二号旋转电容极板145、下定子右上第三号旋转电容极板146、下定子右下第一号旋转电容极板147、下定子右下第二号旋转电容极板148、下定子右下第三号旋转电容极板149、下定子左下第一号旋转电容极板150、下定子左下第二号旋转电容极板151、下定子左下第三号旋转电容极板152、下定子左上第一号旋转电容极板153、下定子左上第二号旋转电容极板154、下定子左上第三号旋转电容极板155，下定子公共电容极板右上N区156，下定子公共电容极板右下S区157，下定子公共电容极板左下N区158，下定子公共电容极板左上S区159，下定子公共电容极板中心区160，下定子引线层161，下定子绝缘Al2O3层162，下定子铁氧体衬底163。其连接关系为下定子引线层161设置在下定子绝缘Al2O3层162之上，下定子绝缘Al2O3层162则设置在下定子铁氧体衬底163之上；下定子公共电容极板中心区160设置在下定子引线层161之上且位于下定子引线层161的几何中心，在下定子公共电容极板中心区160外围设置有下定子公共电容极板右上N区156，下定子公共电容极板右下S区157，下定子公共电容极板左下N区158，下定子公共电容极板左上S区159，它们在以下定子公共电容极板中心区160的中心为圆心的圆周上均匀排布，且与下定子公共电容极板中心区160相连接；在下定子公共电容极板右上N区156，下定子公共电容极板右下S区157，下定子公共电容极板左下N区158，下定子公共电容极板左上S区159外围，以下定子公共电容极板中心区160的中心为圆心的圆周上，按顺时针依次均匀分布着下定子右上第一号旋转电容极板144、下定子右上第二号旋转电容极板145、下定子右上第三号旋转电容极板146、下定子右下第一号旋转电容极板147、下定子右下第二号旋转电容极板148、下定子右下第三号旋转电容极板149、下定子左下第一号旋转电容极板150、下定子左下第二号旋转电容极板151、下定子左下第三号旋转电容极板152、下定子左上第一号旋转电容极板153、下定子左上第二号旋转电容极板154、下定子左上第三号旋转电容极板155，它们构成位于以下定子公共电容极板中心区160的中心为圆心的第一个同心圆上的电容极板结构，称之为下定子第一同心圆上的电容极板结构，其中，下定子右上第一号旋转电容极板144、下定子右下第一号旋转电容极板147、下定子左下第一号旋转电容极板150和下定子左上第一号旋转电容极板153归为一组，称之为下定子第一组旋转电容极板，下定子右上第二号旋转电容极板145、下定子右下第二号旋转电容极板148、下定子左下第二号旋转电容极板151和下定子左上第二号旋转电容极板154归为一组，称之为下定子第二组旋转电容极板，下定子右上第三号旋转电容极板146、下定子右下第三号旋转电容极板149、下定子左下第三号旋转电容极板152和下定子左上第三号旋转电容极板155归为一组，称之为下定子第三组旋转电容极板；位于下定子第一同心圆上的电容极板结构的外围，以下定子公共电容极板中心区160的中心为圆心的圆周上，按顺时针依次均匀分布着下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板136、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板137、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板138、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板139、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板140、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板141、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板142、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板143，它们构成位于以下定子公共电容极板中心区160的中心为圆心的第二个同心圆上的电容极板结构，称之为下定子第二同心圆上的电容极板结构；位于下定子第二同心圆上的电容极板结构的外围，以下定子公共电容极板中心区160的中心为圆心的圆周上，按顺时针依次均匀分布着下定子检测Y轴方向线加速度的右上第一号电容极板128、下定子检测Y轴方向线加速度的右上第二号电容极板129，下定子检测X轴方向线加速度的右下第一号电容极板130、下定子检测X轴方向线加速度的右下第二号电容极板131、下定子检测Y轴方向线加速度的左下第一号电容极板132、下定子检测Y轴方向线加速度的左下第二号电容极板133，下定子检测X轴方向线加速度的左上第一号电容极板134、下定子检测X轴方向线加速度的左上第二号电容极板135，它们构成位于以下定子公共电容极板中心区160的中心为圆心的第三个同心圆上的电容极板结构，称之为下定子第三同心圆上的电容极板结构；位于下定子第三同心圆上的电容极板结构的外围，以下定子公共电容极板中心区160的中心为圆心的圆周上，按顺时针依次均匀分布着下定子右上弧形限位铜柱124，下定子右下弧形限位铜柱125，下定子左下弧形限位铜柱126，下定子左上弧形限位铜柱127，它们构成位于以下定子公共电容极板中心区160的中心为圆心的第四个同心圆上的限位铜柱结构，称之为下定子第四同心圆上的限位铜柱结构，且下定子右上弧形限位铜柱124和下定子左下弧形限位铜柱126在对角方向上，下定子右下弧形限位铜柱125和下定子左上弧形限位铜柱127在对角方向上；位于下定子第四同心圆上的限位铜柱结构的外围，右上第一号接线铜柱104、右上第二号接线铜柱105、右上第三号接线铜柱106、右上第四号接线铜柱107位于右上角且呈直线排布，右下第一号接线铜柱108、右下第二号接线铜柱109、右下第三号接线铜柱110、右下第四号接线铜柱111、右下第五号接线铜柱112、右下第六号接线铜柱113位于右下角且呈直线排布，左下第一号接线铜柱114、左下第二号接线铜柱115、左下第三号接线铜柱116、左下第四号接线铜柱117位于左下角且呈直线排布，左上第一号接线铜柱118、左上第二号接线铜柱119、左上第三号接线铜柱120、左上第四号接线铜柱121、左上第五号接线铜柱122、左上第六号接线铜柱123位于左上角且呈直线排布；接线铜柱外围对应边的平行方向上，下定子右上第一号引线电极64、下定子右上第二号引线电极65、下定子右上第三号引线电极66、下定子右上第四号引线电极67、下定子右上第五号引线电极68、下定子右上第六号引线电极69、下定子右上第七号引线电极70、下定子右上第八号引线电极71、下定子右上第九号引线电极72、下定子右上第十号引线电极73位于右上角且呈直线排布，下定子右下第一号引线电极74、下定子右下第二号引线电极75、下定子右下第三号引线电极76、下定子右下第四号引线电极77、下定子右下第五号引线电极78、下定子右下第六号引线电极79、下定子右下第七号引线电极80、下定子右下第八号引线电极81、下定子右下第九号引线电极82、下定子右下第十号引线电极83位于右下角且呈直线排布，下定子左下第一号引线电极84、下定子左下第二号引线电极85、下定子左下第三号引线电极86、下定子左下第四号引线电极87、下定子左下第五号引线电极88、下定子左下第六号引线电极89、下定子左下第七号引线电极90、下定子左下第八号引线电极91、下定子左下第九号引线电极92、下定子左下第十号引线电极93位于左下角且呈直线排布，下定子左上第一号引线电极94、下定子左上第二号引线电极95、下定子左上第三号引线电极96、下定子左上第四号引线电极97、下定子左上第五号引线电极98、下定子左上第六号引线电极99、下定子左上第七号引线电极100、下定子左上第八号引线电极101、下定子左上第九号引线电极102、下定子左上第十号引线电极103位于左上角且呈直线排布。下定子公共电容极板右上N区156，下定子公共电容极板右下S区157，下定子公共电容极板左下N区158，下定子公共电容极板左上S区159，下定子公共电容极板中心区160，下定子第一同心圆上的电容极板结构、下定子第二同心圆上的电容极板结构和下定子第三同心圆上的电容极板结构高度相同，且略低于下定子第四同心圆上的限位铜柱结构，下定子第四同心圆上的限位铜柱结构外围的所有接线铜柱高于下定子第四同心圆上的限位铜柱结构且高度最高，所有引线电极的高度亦低于下定子第四同心圆上的限位铜柱结构且高度最低。
如图4，转子3包括转子第一号孔洞164、转子第二号孔洞165、转子第三号孔洞166、转子第四号孔洞167、转子第五号孔洞168、转子第六号孔洞169、转子第七号孔洞170、、转子第八号孔洞171，转子上表面Ti层172，转子中间反磁材料层173，转子下表面Ti层174；其连接关系为转子上表面Ti层172设置在转子中间反磁材料层173的上表面，转子下表面Ti层174设置在转子中间反磁材料层173的下表面。转子第一号孔洞164、转子第二号孔洞165、转子第三号孔洞166、转子第四号孔洞167、转子第五号孔洞168、转子第六号孔洞169、转子第七号孔洞170、、转子第八号孔洞171以转子3的几何中心为圆心，以小于转子半径的一定距离为半径沿圆周按顺时针依次均匀分布，镶嵌在转子3中。转子半径与下定子第二同心圆上的电容极板结构的外半径相等。
如图1、2、3，具体装配时，上定子1与下定子2的连接关系为上定子1的上定子右上弧形限位铜柱24，上定子右下弧形限位铜柱25，上定子左下弧形限位铜柱26，上定子左上下弧形限位铜柱27分别与下定子右下弧形限位铜柱125、下定子右上弧形限位铜柱124、下定子左上弧形限位铜柱127、下定子左下弧形限位铜柱126，下定子左下弧形限位铜柱93一一对准并键合；下定子2的右上第一号接线铜柱104、右上第二号接线铜柱105、右上第三号接线铜柱106、右上第四号接线铜柱107、右下第一号接线铜柱108、右下第二号接线铜柱109、右下第三号接线铜柱110、右下第四号接线铜柱111、右下第五号接线铜柱112、右下第六号接线铜柱113、左下第一号接线铜柱114、左下第二号接线铜柱115、左下第三号接线铜柱116、左下第四号接线铜柱117、左上第一号接线铜柱118、左上第二号接线铜柱119、左上第三号接线铜柱120、左上第四号接线铜柱121、左上第五号接线铜柱122、左上第六号接线铜柱123沿顺时针分别插入上定子1一一对应的右上第四号电气导通凹槽7、右上第三号电气导通凹槽6、右上第二号电气导通凹槽5、右上第一号电气导通凹槽4、左上第六号电气导通凹槽23、左上第五号电气导通凹槽22、左上第四号电气导通凹槽21、左上第三号电气导通凹槽20、左上第二号电气导通凹槽19、左上第一号电气导通凹槽18、左下第四号电气导通凹槽17、左下第三号电气导通凹槽16、左下第二号电气导通凹槽15、左下第一号电气导通凹槽14、右下第六号电气导通凹槽13、右下第五号电气导通凹槽12、右下第四号电气导通凹槽11、右下第三号电气导通凹槽10、右下第二号电气导通凹槽9、右下第一号电气导通凹槽8，并采用共晶铅锡焊工艺完成键合，由此，上定子1和下定子2实现了电气和机械连接，并形成空腔，转子3则放置在此空腔内；而上定子1的右上第一号电气导通凹槽4、右上第二号电气导通凹槽5、右上第三号电气导通凹槽6、右上第四号电气导通凹槽7、右下第一号电气导通凹槽8、右下第二号电气导通凹槽9、右下第三号电气导通凹槽10、右下第四号电气导通凹槽11、右下第五号电气导通凹槽12、右下第六号电气导通凹槽13、左下第一号电气导通凹槽14、左下第二号电气导通凹槽15、左下第三号电气导通凹槽16、左下第四号电气导通凹槽17、左上第一号电气导通凹槽18、左上第二号电气导通凹槽19、左上第三号电气导通凹槽20、左上第四号电气导通凹槽21，左上第五号电气导通凹槽22、左上第六号电气导通凹槽23通过上定子引线层61分别与，上定子检测Y轴方向线加速度的右上第一号电容极板28、上定子检测Y轴方向线加速度的右上第二号电容极板29，上定子检测X轴方向线加速度的右下第一号电容极板30、上定子检测X轴方向线加速度的右下第二号电容极板31，上定子检测Y轴方向线加速度的左下第一号电容极板32、上定子检测Y轴方向线加速度的左下第二号电容极板33，上定子检测X轴方向线加速度的左上第一号电容极板34、上定子检测X轴方向线加速度的左上第二号电容极板35，上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板36、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板37、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板38、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板39、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板40、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板41、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板42、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板43、上定子第一组旋转电容极、上定子第二组旋转电容极、上定子第三组旋转电容极、上定子公共电容极板中心区60相连；下定子2的下定子右上第一号引线电极64、下定子右上第二号引线电极65、下定子右上第三号引线电极66、下定子右上第四号引线电极67、下定子右上第五号引线电极68、下定子右上第六号引线电极69、下定子右上第七号引线电极70、下定子右上第八号引线电极71、下定子右上第九号引线电极72、下定子右上第十号引线电极73、下定子右下第一号引线电极74、下定子右下第二号引线电极75、下定子右下第三号引线电极76、下定子右下第四号引线电极77、下定子右下第五号引线电极78、下定子右下第六号引线电极79、下定子右下第七号引线电极80、下定子右下第八号引线电极81、下定子右下第九号引线电极82、下定子右下第十号引线电极83、下定子左下第一号引线电极84、下定子左下第二号引线电极85、下定子左下第三号引线电极86、下定子左下第四号引线电极87、下定子左下第五号引线电极88、下定子左下第六号引线电极89、下定子左下第七号引线电极90、下定子左下第八号引线电极91、下定子左下第九号引线电极92、下定子左下第十号引线电极93、下定子左上第一号引线电极94、下定子左上第二号引线电极95、下定子左上第三号引线电极96、下定子左上第四号引线电极97、下定子左上第五号引线电极98、下定子左上第六号引线电极99、下定子左上第七号引线电极100、下定子左上第八号引线电极101、下定子左上第九号引线电极102、下定子左上第十号引线电极103通过下定子引线层161分别与右上第一号接线铜柱104、右上第二号接线铜柱105、右上第三号接线铜柱106、右上第四号接线铜柱107、右下第一号接线铜柱108、右下第二号接线铜柱109、右下第三号接线铜柱110、右下第四号接线铜柱111、右下第五号接线铜柱112、右下第六号接线铜柱113、左下第一号接线铜柱114、左下第二号接线铜柱115、左下第三号接线铜柱116、左下第四号接线铜柱117、左上第一号接线铜柱118、左上第二号接线铜柱119、左上第三号接线铜柱120、左上第四号接线铜柱121、左上第五号接线铜柱122、左上第六号接线铜柱123、下定子检测Y轴方向线加速度的右上第一号电容极板128、下定子检测Y轴方向线加速度的右上第二号电容极板129，下定子检测X轴方向线加速度的右下第一号电容极板130、下定子检测X轴方向线加速度的右下第二号电容极板131、下定子检测Y轴方向线加速度的左下第一号电容极板132、下定子检测Y轴方向线加速度的左下第二号电容极板133，下定子检测X轴方向线加速度的左上第一号电容极板134、下定子检测X轴方向线加速度的左上第二号电容极板135，下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板136、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板137、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板138、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板139、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板140、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板141、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板142、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板143、下定子第一组旋转电容极板、下定子第二组旋转电容极板、下定子第三组旋转电容极板、下定子公共电容极板中心区160相连；上定子1和下定子2的电气通路则是通过下定子2的右上第一号接线铜柱104、右上第二号接线铜柱105、右上第三号接线铜柱106、右上第四号接线铜柱107、右下第一号接线铜柱108、右下第二号接线铜柱109、右下第三号接线铜柱110、右下第四号接线铜柱111、右下第五号接线铜柱112、右下第六号接线铜柱113、左下第一号接线铜柱114、左下第二号接线铜柱115、左下第三号接线铜柱116、左下第四号接线铜柱117、左上第一号接线铜柱118、左上第二号接线铜柱119、左上第三号接线铜柱120、左上第四号接线铜柱121、左上第五号接线铜柱122、左上第六号接线铜柱123与上定子1的右上第四号电气导通凹槽7、右上第三号电气导通凹槽6、右上第二号电气导通凹槽5、右上第一号电气导通凹槽4、左上第六号电气导通凹槽23、左上第五号电气导通凹槽22、左上第四号电气导通凹槽21、左上第三号电气导通凹槽20、左上第二号电气导通凹槽19、左上第一号电气导通凹槽18、左下第四号电气导通凹槽17、左下第三号电气导通凹槽16、左下第二号电气导通凹槽15、左下第一号电气导通凹槽14、右下第六号电气导通凹槽13、右下第五号电气导通凹槽12、右下第四号电气导通凹槽11、右下第三号电气导通凹槽10、右下第二号电气导通凹槽9右下第一号电气导通凹槽8一一对应地键合构成，至此完成整个加速度的电气连接，在实际微细加工中，可根据版图需要，对电气连接布局作适当调整。
本发明的转子3旋转原理采用变电容静电旋转驱动原理，通常采用三相DC电压驱动，通过下定子右上第八号引线电极71对上定子第一组旋转电容极板施加直流电压V1、通过下定子右上第七号引线电极70对上定子第二组旋转电容极板施加直流电压V2、通过下定子右上第六号引线电极69对上定子第三组旋转电容极板施加直流电压V3，通过下定子左上第七号引线电极100对下定子第一组旋转电容极板施加直流电压-V1、通过下定子左上第八号引线电极101对下定子第二组旋转电容极板施加直流电压-V2、通过下定子左上第九号引线电极102对下定子第三组旋转电容极板施加直流电压-V3，直流电压V1、V2和V3之间的相位差为120度，因此当转子在平衡位置时，由于上定子和下定子同相的定子驱动电极沿圆周对称分布且总施加等量异号的直流驱动电压，则作用于转子的净轴向驱动力和净径向驱动力都为零，但切向驱动力产生对转子的驱动转矩，驱动转子以一定的转速旋转。
本发明的信号检测采用差分电容结构，电容极板在上、下定子上的形状和分布相同，它们包括位于上定子公共电容极板右上S区56、上定子公共电容极板右下N区57、上定子公共电容极板左下S区58、上定子公共电容极板左上N区59，上定子公共电容极板中心区60构成的上定子公共电容极板，以及下定子公共电容极板右上N区156，下定子公共电容极板右下S区157，下定子公共电容极板左下N区158，下定子公共电容极板左上S区159，下定子公共电容极板中心区160构成的下定子公共电容极板；用于检测沿Z轴线位移和绕X、Y轴角位移的16块扇形电容极板，即上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板36、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板37、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板38、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板39、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板40、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板41、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板42、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板43，以及下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板136、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板137、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板138、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板139、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板140、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板141、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板142、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板143；用于检测沿X、Y轴线位移的16块扇形电容极板，即上定子检测Y轴方向线加速度的右上第一号电容极板28、上定子检测Y轴方向线加速度的右上第二号电容极板29，上定子检测X轴方向线加速度的右下第一号电容极板30、上定子检测X轴方向线加速度的右下第二号电容极板31，上定子检测Y轴方向线加速度的左下第一号电容极板32、上定子检测Y轴方向线加速度的左下第二号电容极板33，上定子检测X轴方向线加速度的左上第一号电容极板34、上定子检测X轴方向线加速度的左上第二号电容极板35，以及下定子检测Y轴方向线加速度的右上第一号电容极板128、下定子检测Y轴方向线加速度的右上第二号电容极板129，下定子检测X轴方向线加速度的右下第一号电容极板130、下定子检测X轴方向线加速度的右下第二号电容极板131、下定子检测Y轴方向线加速度的左下第一号电容极板132、下定子检测Y轴方向线加速度的左下第二号电容极板133，下定子检测X轴方向线加速度的左上第一号电容极板134、下定子检测X轴方向线加速度的左上第二号电容极板135。反磁悬浮转子静电驱动微型陀螺仪在工作时，对各组差分电容施加不同频率或多组频率的高频载波信号，并采用公共电容耦合输出至后续检测和控制电路，这样就得到各线加速度和角加速度对应的电压信号，通过对电压信号的处理，最终得到加速度信号，确定加速度计受到加速度，并施加反馈控制使转子始终保持在自稳悬浮的平衡位置。参考各电容极板的作用及加速度计的电气连接关系给出具体实现方式如下一、检测Z轴方向线加速度通过下定子右上第九号引线电极72、下定子右上第十号引线电极73、下定子右下第一号引线电极74、下定子右下第二号引线电极75、下定子右下第三号引线电极76、下定子右下第四号引线电极77、下定子右下第五号引线电极78、下定子右下第六号引线电极79分别在上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板43、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板42、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板41、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板40、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板39、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板38、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板37、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板36上施加幅值为Vz，频率为fz的高频载波信号，通过下定子左下第九号引线电极92、下定子左下第十号引线电极93、下定子左上第一号引线电极94、下定子左上第二号引线电极95、下定子左上第三号引线电极96、下定子左上第四号引线电极97、下定子左上第五号引线电极98、下定子左上第六号引线电极99在下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板136、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板137、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板138、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板139、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板140、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板141、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板142、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板143施加幅值为-Vz，频率为fz的高频载波信号，当外界有沿Z轴方向线加速度输入时，上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板36、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板37、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板38、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板39、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板40、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板41、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板42、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板43，转子3，下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板136、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板137、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板138、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板139、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板140、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板141、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板142、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板143，三者之间沿Z轴方向形成差分电容，加速度计在开环工作时，通过后续线路检测，由高频载波电压信号便可能到相应的Z轴方向线加速度值，闭环工作时，根据检测结果和需要，在上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板36、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板37、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板38、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板39、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板40、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板41、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板42、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板43，以及下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板136、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板137、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板138、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板139、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板140、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板141、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板142、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板143分别施加幅值相等、极性相反的直流电压，将转子3控制在初始平衡位置；二、检测X轴方向线加速度通过下定子右下第七号引线电极80、下定子右下第八号引线电极81、下定子左下第三号引线电极86、下定子左下第四号引线电极87在上定子检测X轴方向线加速度的左上第二号电容极板35、上定子检测X轴方向线加速度的左上第一号电容极板34和下定子检测X轴方向线加速度的右下第一号电容极板130、下定子检测X轴方向线加速度的右下第二号电容极板131上施加幅值为Vx，频率为fx的高频载波信号，通过下定子右上第一号引线电极64、下定子右上第二号引线电极65、下定子左上第二号引线电极95、下定子左上第三号引线电极96在上定子检测X轴方向线加速度的右下第二号电容极板31、上定子检测X轴方向线加速度的右下第一号电容极板30和下定子检测X轴方向线加速度的左上第一号电容极板134、下定子检测X轴方向线加速度的左上第二号电容极板135上施加幅值为-Vx，频率为fx的高频载波信号，当有外界沿X轴方向线加速度输入时，上定子检测X轴方向线加速度的左上第一号电容极板34和上定子检测X轴方向线加速度的左上第二号电容极板35、转子3、下定子检测X轴方向线加速度的右下第一号电容极板130和下定子检测X轴方向线加速度的右下第二号电容极板131三者形成的电容与上定子检测X轴方向线加速度的右下第一号电容极板30和上定子检测X轴方向线加速度的右下第二号电容极板31、转子3、下定子检测X轴方向线加速度的左上第一号电容极板134和下定子检测X轴方向线加速度的左上第二号电容极板135三者形成的电容构成差分电容，同样，加速度计在开环工作时，通过后续线路检测，由高频载波电压信号便可能到相应的X轴方向线加速度值，闭环工作时，根据检测结果和需要，在上定子检测X轴方向线加速度的左上第一号电容极板34和上定子检测X轴方向线加速度的左上第二号电容极板35、下定子检测X轴方向线加速度的右下第一号电容极板130和下定子检测X轴方向线加速度的右下第二号电容极板131上，以及上定子检测X轴方向线加速度的右下第一号电容极板30和上定子检测X轴方向线加速度的右下第二号电容极板31、下定子检测X轴方向线加速度的左上第一号电容极板134和下定子检测X轴方向线加速度的左上第二号电容极板135分别施加幅值相等、极性相反的直流电压，将转子3控制在初始平衡位置；三、检测Y轴方向线加速度通过下定子右上第三号引线电极66、下定子右上第四号引线电极67、下定子左下第一号引线电极84、下定子左下第二号引线电极85在上定子检测Y轴方向线加速度的右上第二号电容极板29、上定子检测Y轴方向线加速度的右上第一号电容极板28和下定子检测Y轴方向线加速度的右上第一号电容极板128、下定子检测Y轴方向线加速度的右上第二号电容极板129上施加幅值为Vy，频率为fy的高频载波信号，通过下定子右下第九号引线电极82、下定子右下第十号引线电极83、下定子左下第五号引线电极88、下定子左下第六号引线电极89在上定子检测Y轴方向线加速度的左下第二号电容极板33、上定子检测Y轴方向线加速度的左下第一号电容极板32和下定子检测Y轴方向线加速度的左下第一号电容极板132、下定子检测Y轴方向线加速度的左下第二号电容极板133上施加幅值为-Vy，频率为fy的高频载波信号，当有外界沿Y轴方向线加速度输入时，上定子检测Y轴方向线加速度的右上第一号电容极板28和上定子检测Y轴方向线加速度的右上第二号电容极板29、转子3、下定子检测Y轴方向线加速度的右上第一号电容极板128和下定子检测Y轴方向线加速度的右上第二号电容极板129三者形成的电容与上定子检测Y轴方向线加速度的左下第一号电容极板32和上定子检测Y轴方向线加速度的左下第二号电容极板33、转子3、下定子检测Y轴方向线加速度的左下第一号电容极板132和下定子检测Y轴方向线加速度的左下第二号电容极板133三者形成的电容构成差分电容，同样，加速度计在开环工作时，通过后续线路检测，由高频载波电压信号便可能到相应的Y轴方向线加速度值，闭环工作时，根据检测结果和需要，上定子检测Y轴方向线加速度的右上第一号电容极板28、上定子检测Y轴方向线加速度的右上第二号电容极板29、下定子检测Y轴方向线加速度的右上第一号电容极板128和下定子检测Y轴方向线加速度的右上第二号电容极板129上，以及上定子检测Y轴方向线加速度的左下第一号电容极板32、上定子检测Y轴方向线加速度的左下第二号电容极板33、下定子检测Y轴方向线加速度的左下第一号电容极板132和下定子检测Y轴方向线加速度的左下第二号电容极板133上分别施加幅值相等、极性相反的直流电压，将转子3控制在初始平衡位置；
四、检测绕X轴的角加速度通过下定子右上第九号引线电极72、下定子右下第四号引线电极77给上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板43、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板38施加幅值为V4，频率为f4的高频载波信号，通过下定子右上第十号引线电极73、下定子右下第三号引线电极76给上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板42、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板39施加幅值为-V4，频率为f4的高频载波信号；通过下定子左上第一号引线电极94、下定子左上第六号引线电极99给下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板138、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板143施加幅值为V4，频率为f4的高频载波信号，通过下定子左上第二号引线电极95、下定子左上第五号引线电极98给下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板139、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板142施加幅值为-V4，频率为f4的高频载波信号，当外界有绕X轴的角加速度输入时，上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板38和上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板43、转子3、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板138和下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板143三者之间形成的电容，与上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板39和上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板42、转子3、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板139和下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板142三者形成的电容构成差分电容，同样，加速度计在开环工作时，通过后续线路检测，由高频载波电压信号便可能到相应的绕X轴方向角加速度值，闭环工作时，根据检测结果和需要，给上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板38、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板43、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板138和下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板143，以及上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板39、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板42、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板139和下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板142分别施加幅值相等、极性相反的直流电压，将转子3控制在初始平衡位置；五、检测绕Y轴的角加速度通过下定子右下第二号引线电极75、下定子右下第五号引线电极78给上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板40、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板37施加幅值为V5，频率为f5的高频载波信号；通过下定子右下第一号引线电极74、下定子右下第六号引线电极79给上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板41、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板36施加幅值为-V5，频率为f5的高频载波信号；通过下定子左下第九号引线电极92、下定子左上第四号引线电极97给下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板136、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板141施加幅值为V5，频率为f5的高频载波信号；通过下定子左下第十号引线电极93、下定子左上第三号引线电极96给下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板137、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板140施加幅值为-V5，频率为f5的高频载波信号，当外界有绕Y轴的角加速度输入时，上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板37和上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板40、转子3、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板136和下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板141三者之间形成的电容，与上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板36和上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板41、转子3、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板137和下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板140三者形成的电容构成差分电容，同样，加速度计在开环工作时，通过后续线路检测，由高频载波电压信号便可能到相应的绕Y轴方向角加速度值，闭环工作时，根据检测结果和需要，给上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板37、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板40、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板136和下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板141，以及上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板36、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板41、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板137和下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板140分别施加幅值相等、极性相反的直流电压，将转子3控制在初始平衡位置；由于采用的差分电容检测及其后续处理电路均为常见的变电容检测电路，这一部分不是本专利要保护的内容，所以关于采用的差分电容检测及其后续处理电路本专利未作详细介绍。
本发明的转子3采用反磁材料制作其基片，形状为盘形，上定子1和下定子2的衬底为铁氧体，形状是方形。同时对上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板36、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板37、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板38、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板39、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板40、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板41、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板42、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板43、上定子公共电容极板右上S区56、上定子公共电容极板右下N区57、上定子公共电容极板左下S区58、上定子公共电容极板左上N区59，以及下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板136、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板137、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板138、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板139、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板140、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板141、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板142、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板143、下定子公共电容极板右上N区156，下定子公共电容极板右下S区157，下定子公共电容极板左下N区158，下定子公共电容极板左上S区159进行充磁，使上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板38、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板39、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板42、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板43、上定子公共电容极板右下N区57、上定子公共电容极板左上N区59朝向上定子1外方向，即组装后正对转子3的方向的面为N极磁性，使上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板36、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板37、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板40、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板41、上定子公共电容极板右上S区56、上定子公共电容极板左下S区58朝向上定子1外方向，即组装后正对转子3的方向的面为S极磁性，以及使下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板136、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板137、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板140、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板141、下定子公共电容极板右上N区156、下定子公共电容极板左下N区158朝向下定子2外方向，即组装后正对转子3的方向的面为N极磁性，使下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板138、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板139、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板142、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板143、下定子公共电容极板右下S区157、下定子公共电容极板左上S区159朝向下定子2外方向，即组装后正对转子3的方向的面为S极磁性；由此，上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板36、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板37、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板38、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板39、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板40、上定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板41、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板42、上定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板43、上定子公共电容极板右上S区56、上定子公共电容极板右下N区57、上定子公共电容极板左下S区58、上定子公共电容极板左上N区59，分别与下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第二号电容极板137、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的右上第一号电容极板136、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第二号电容极板143、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的左上第一号电容极板142、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第二号电容极板141、下定子检测Z轴方向线加速度和绕Y轴的角加速度的左下第一号电容极板140、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第二号电容极板139、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X轴的角加速度的右下第一号电容极板138形成一一对应的磁极极性相反的关系。它们之间的吸引力使得上定子1和下定子2的键合更加紧密。转子3与上定子1和下定子2之间的相互作用力即抗磁力为悬浮反磁定子提供了Z向悬浮力，同时也为转子3提供沿X、Y轴方向的侧向稳定力，进而转子3实现了在上定子1和下定子2间的自稳定悬浮。
本发明的工艺采用微细加工技术(MEMS工艺)与精密加工相结合，具体是首先是上定子1和下定子2采用微细加工技术实现，在铁氧体衬底上通过溅射工艺溅射一层绝缘Al2O3层，之后再上面制作一层引线，然后在引线层上制备电容极板、引线电极、接线铜柱、弧形限位铜柱等；上、下定子公共电容极板结构的四个扇形区以及上、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板采用的是永磁材料，如钴镍锰磷(CoNiMnP)、钕铁硼(NdFeB)，其他电容极板材料采用的是铜，引线电极的材料采用的是金，接线铜柱和弧形限位铜柱的材料则是采用铜；转子3则是先在基片即转子中间反磁材料层的两表面溅射Ti，然后经微细电火花加工得到，基片采用的是反磁材料，如热解石墨(Pyrolytic graphite)，最终将转子放入上定子1和下定子2构成的空腔，并通过PbSn焊键合工艺得到反磁悬浮转子静电驱动微型陀螺仪。
权利要求
1.一种反磁悬浮转子静电驱动微型陀螺仪，由上定子、转子和下定子三部分构成，其特征在于上定子上设有上定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板、旋转电容极板以及上定子公共电容极板结构，三者位于同一平面即上定子引线层之上，平面几何中心分布的是上定子公共电容极板结构，在以平面几何中心为圆心的由内往外的四个同心圆周上，第一、第二个同心圆周上分别依次均匀分布着旋转电容极板以及上定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板；转子则采用反磁材料制作其基片，即转子中间反磁材料层；下定子上设有下定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板、旋转电容极板以及下定子公共电容极板结构，三者位于同一平面即下定子引线层之上，平面几何中心分布的是下定子公共电容极板结构，在以平面几何中心为圆心的由内往外的四个同心圆周上，第一、第二个同心圆周上分别依次均匀分布着旋转电容极板以及下定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板；在上述结构中，上定子公共电容极板结构和下定子公共电容极板结构均包括一个中心区和四个扇形区。
2.根据权利要求1所述的反磁悬浮转子静电驱动微型陀螺仪，其特征是，所述的上定子还包括电气导通凹槽、上定子检测X轴方向和Y轴方向线加速度的电容极板、弧形限位铜柱、上定子铁氧体衬底、上定子绝缘Al2O3层，以及上定子引线层；其中电气导通凹槽、上定子检测X轴方向和Y轴方向线加速度的电容极板以及弧形限位铜柱，位于上定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板、旋转电容极板、上定子公共电容极板结构所在同一平面即上定子引线层之上，平面几何中心分布的是上定子公共电容极板结构，在以平面几何中心为圆心的由内往外的四个同心圆周上，第一、第二个同心圆周上分别依次均匀分布着旋转电容极板以及上定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板，第三、第四个同心圆周上分别依次均匀分布着上定子检测X轴方向和Y轴方向线加速度的电容极板以及弧形限位铜柱；在弧形限位铜柱往外，在上定子的四条边各自的平行方向上，电气导通凹槽呈直线排布。
3.根据权利要求1所述的反磁悬浮转子静电驱动微型陀螺仪，其特征是，所述下定子还包括引线电极、接线铜柱、弧形限位铜柱，下定子检测X轴方向和Y轴方向线加速度的电容极板、下定子铁氧体衬底、下定子绝缘Al2O3层，以及下定子引线层；其中引线电极、接线铜柱、弧形限位铜柱以及下定子检测X轴方向和Y轴方向线加速度的电容极板，位于下定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板、旋转电容极板、下定子公共电容极板结构所在同一平面即下定子引线层之上，平面几何中心分布的是下定子公共电容极板结构，在以平面几何中心为圆心的由内往外的四个同心圆周上，第一、第二个同心圆周上分别依次均匀分布着旋转电容极板以及下定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板，第三、第四个同心圆周上分别依次均匀分布着下定子检测X轴方向和Y轴方向线加速度的电容极板以及弧形限位铜柱；在弧形限位铜柱往外，在下定子的四条边各自的平行方向上，接线铜柱呈直线排布；在接线铜柱往外，在下定子的四条边各自的平行方向上，引线电极呈直线排布。
4.根据权利要求1所述的反磁悬浮转子静电驱动微型陀螺仪，其特征是，所述的上定子和下定子是通过上定子的电气导通凹槽与下定子的接线铜柱的键合来实现电气和机械连接，并形成空腔，转子悬浮在空腔中，采用盘形形状，同时在转子中间反磁材料层的上、下表面分别覆盖Ti层，使三者形成夹层结构。
5.根据权利要求1或4所述的反磁悬浮转子静电驱动微型陀螺仪，其特征是，所述的上定子和下定子，采用的衬底均为铁氧体，形状都是方形。
6.根据权利要求1所述的反磁悬浮转子静电驱动微型陀螺仪，其特征是，所述的上定子和下定子公共电容极板结构的四个扇形区以及上、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板采用的是永磁材料，对上、下定子公共电容极板结构的四个扇形区以及上、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板充磁，使相应的电容极板形成N-S一一对应的磁极极性相反的关系。
全文摘要
一种微机电技术领域反磁悬浮转子静电驱动微型陀螺仪。本发明由上定子，转子和下定子构成，采用上、下定子旋转电容极板作变电容静电旋转驱动，通过对永磁材料制备的上、下定子公共电容极板结构的四个扇形区以及上、下定子检测Z轴方向线加速度和绕X、Y轴的角加速度的电容极板充磁，同时采用反磁材料制作转子基片，提供了一种相比传统静电悬浮省去了提供悬浮静电力线圈或电容极板等静电悬浮控制单元，且改为采用永磁材料和反磁材料相结合实现自稳悬浮的反磁悬浮转子静电驱动微型陀螺仪。它可同时检测包括沿X、Y、Z轴的三轴线加速度以及绕X、Y轴二轴角加速度，进而可用来对物体进行精确定位，用于检测线加速度、角加速度或导航。
文档编号G01P15/14GK101021419SQ20071003829
公开日2007年8月22日 申请日期2007年3月22日 优先权日2007年3月22日
发明者张卫平, 张忠榕, 陈文元, 刘武 申请人:上海交通大学