侯佳坤，王雨晨，陈 博，凤 瑞，李 崇

(1.中国海洋大学 自动化与测控系·青岛·266100；2.华东光电集成器件研究所·苏州·215163)

0 引 言

近年来，随着微加工制造技术的飞速发展，微机电(Micro Electromechanical System，MEMS)陀螺仪在惯性导航领域中的地位得到了进一步的突显。得益于较小的体积、较低的功耗以及低廉的成本，MEMS陀螺仪在无人驾驶、机器人、无人机、水下设备等领域中占据了一席之地。然而，由于机械振动结构的制造误差、控制接口电路的鲁棒性等因素，MEMS陀螺仪的品质因数(Q值)、零偏稳定性和标度因数、综合精度等核心指标仍然受到了一定限制。为此，研究人员通过对谐振器机械结构和接口电路的创新，来不断改善其各方面的指标，从而大幅提升陀螺仪的综合性能。在众多谐振器类型中，得益于高度的各向对称性和全角模式运行的可能性，微半球振动陀螺逐渐成为MEMS陀螺领域中的研究热点。与此同时，接口电路是谐振器的重要载体，需要完成激振、拾振、精密控制等操作，其稳定性和信噪比直接影响着陀螺的性能。

在机械表头设计方面，研究人员从形状、材料、工艺等多方面进行了创新。多晶金刚石(Microcrystalline Diamond, MCD)具有极低的热弹性阻尼和超高的刚度。美国加州大学的研究人员利用MCD制成了毫米级的3D半球谐振器，盘式金刚石结构在299.86MHz谐振峰处测到了71400的Q值，而双端音叉金刚石谐振器在473.3kHz处测得的Q值为81646。美国密歇根大学的Najafi团队提出了熔融石英鸟盆(Birdbath)结构谐振器。在控制系统的配合下，其零偏不稳定性可以达到0.04(°)/h，Q值和谐振频率分别为419k和9.03kHz。……