林丙涛，蒋昭兴，江 黎，赵建华，李文蕴

（1. 中国电子科技集团公司第26研究所，重庆 400060；2. 重庆市固态惯性技术企业工程技术研究中心，重庆 401332；3. 重庆市固态惯性技术工程实验室，重庆 401332）

Abstract: In order to decrease the nonlinearity of closed-loop micro-silicon accelerometer, its main error source is analyzed, and the corresponding compensation method is presented. First, the nonlinear problem caused by the proof-mass position’s deviation from the rest position in closed-loop mode is analyzed. Then the nonlinearity optimization is analyzed based on the feedback control theory. Finally, an engineering debugging method is demonstrated to compensate the nonlinearity of the accelerometer. The centrifuge experiment results show that the nonlinearity of the accelerometer can be decreased at least by one order of magnitude after the debugging, which verify the effectiveness of the error source analysis and the nonlinearity compensation method. This method can also be applied to all the accelerometers with the same manufacturing batch.

Key words: accelerometers; closed-loop mode; feedback control; nonlinearity compensation

一种高灵敏度石英微机械陀螺敏感器件

林丙涛1,2,3，蒋昭兴1,2,3，江 黎1,2,3，赵建华1,2,3，李文蕴1,2,3

（1. 中国电子科技集团公司第26研究所，重庆 400060；2. 重庆市固态惯性技术企业工程技术研究中心，重庆 401332；3. 重庆市固态惯性技术工程实验室，重庆 401332）

针对石英晶体各向异性的特点，设计了一种驱动梁为双“W”截面形状的石英音叉微机械陀螺，通过在驱动梁表面凹槽两端设置深凹槽，有效提高了凹槽侧壁的陡直性，进而提高了驱动梁内部电场的激励效率和陀螺灵敏度。采用有限元仿真的方法，分析了不同截面形状的驱动梁压电激励力的相对大小，优化设计了陀螺芯片结构参数。依据陀螺芯片的结构，设计了合理的工艺方案并在3英寸石英圆片上制作出了三种驱动梁截面形状的陀螺器件，测试结果表明，相对于矩形驱动梁截面的陀螺芯片，双“W”形驱动梁截面的陀螺芯片的灵敏度提高约60%。

微机械陀螺；凹槽；灵敏度；各向异性刻蚀

随着导航制导及姿态控制精度要求的不断提升，对高性能微型惯性器件尤其是高性能微型陀螺的需求也越来越迫切。为应对市场的需求，微型陀螺向着更小型化，更高精度[1-2]，更廉价[3]，单片多轴[4-5]的方向发展。石英晶体材料[6]品质因数高，温度稳定性好，可采用微加工工艺加工，常作为高温度稳定性微型陀螺的基体材料。……