本发明专利技术公开了一种减少振动式硅微陀螺模态耦合误差的激光修形方法，其步骤为：（1）信号测试：测试硅微陀螺芯片的驱动信号Vd和模态耦合误差信号Vm，并确定两信号的峰峰值大小及相位关系；（2）确定激光修形的类型：根据步骤（1）的信号确定激光修形的类型；（3）确定修形的位置：根据步骤（1）的信号确定激光修形的确切位置；（4）根据上述步骤得到的类型和位置进行激光修形。本发明专利技术原理简单、操作简便、能减少模态耦合误差、提高硅微陀螺工作性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及到微机电系统中的加工
，特指一种用于硅微机械陀螺制作的可减少硅微陀螺振动结构加工误差引起的模态耦合误差的激光修形方法。
技术介绍
振动式硅微机械陀螺仪具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高、易于和电路集成等优势，已广泛应用于通讯设备、汽车安全与导航、机器人及航空航天、游戏机等领域。振动式硅微机械陀螺仪通常以薄片单晶硅为材料，采用湿法刻蚀、干法刻蚀等半导体加工工艺制作而成，其结构尺寸可以小到亚微米级。由于振动式硅微机械陀螺仪的制作基本上是采用一次成型的方式，所以在加工过程中，掩膜、光刻、刻蚀等工艺产生的加工误差均会累积到振动式硅微机械陀螺仪的结构中去，使得微陀螺在无角速度输入的情况下，其驱动模态的振动能量也会耦合到检测模态，从而产生模态耦合误差，进而严重影响到微陀螺的性能。已有研究表明，在模态耦合误差中正交耦合误差是最主要的成分，所以减 正交误差也就成了降低模态耦合误差的主要手段。 为了消除模态耦合误差对微陀螺性能的影响，目前主要有两种途径一是通过设计解耦的振动结构来消除模态耦合误差。但设计解耦的微陀螺会增加结构复杂程度，同时微结构制作过程中存在无法避免的加工误差，所以该途径也只能部分减少模态耦合误差。二是通过同步解调的方法消除正交误差以减少模态耦合误差的影响。但同步解调的前提是参考信号必须与哥氏力信号同频同相，而在实际工作系统中，很难保证参考信号与哥氏力信号完全同相，所以经同步解调后在角速度信号中会叠加一个误差信号，该误差信号构成了微陀螺零偏的一部分，而严重制约微陀螺性能的提高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种原理简单、操作简便、能减少模态耦合误差、提高硅微陀螺工作性能的减少振动式硅微陀螺模态稱合误差的激光修形方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案，其步骤为(1)信号测试对于实际加工的娃微陀螺芯片，测试娃微陀螺芯片的驱动信号匕和模态耦合误差信号b并确定两信号的峰峰值大小及两信号之间的相位关系；(2)确定激光修形的类型在完成步骤(I)的信号测试后，如果模态耦合误差信号Vm的峰峰值大于预设值a，则在硅微陀螺芯片的支撑梁上进行粗修形；若模态耦合误差信号Va 的峰峰值大于预设值b且小于预设值a，则在质量块上进行精确修形；若驱动信号K,的峰峰值小于预设值△，则不需进行修形；(3)确定修形的位置在完成步骤(I)的信号测试后，当为非完全对称式结构时，如果模态稱合误差信号匕的相位超前驱动信号匕的相位85° 95° ,则选择娃微陀螺芯片振动结构中质量块摆动中心线左侧进行激光修形；若模态耦合误差信号匕的相位滞后驱动信号Vd的相位85° 95° ,则选择娃微陀螺芯片振动结构中质量块摆动中心线右侧进行激光修形；当为完全对称式结构时，如果模态耦合误差信号Va的相位与驱动信号Vd的相位超前-5° 5°，则选择硅微陀螺芯片振动结构中质量块摆动中心线左侧进行激光修形；如果模态稱合误差信号Va的相位与驱动信号Vd的相位滞后-5° 5° ,则选择娃微陀螺芯片振动结构中质量块摆动中心线右侧进行激光修形；(4)根据步骤(2)和步骤(3)得到的类型和位置进行激光修形。作为本专利技术的进一步改进所述步骤(4)的具体流程为(4. I)激光器参数的调节所述步骤(2)中若确定为粗修，则需要增大激光器的功率; 若确定为精确修形则降低激光器的功率；(4.2)激光修形的实施设定好激光器的工作参数后，按照所述步骤(3)确定的修形位置在硅微陀螺振动结构上进行材料的去除；(4. 3)完成一次激光修形后，重复上述步骤(I) (3)，直至模态耦合误差信号Vm的峰峰值小于预设值6时，则结束本硅微陀螺样机的修形，进行下一个硅微陀螺芯片的修形。所述步骤(I)的具体流程为结合测试电路，在零角速率输入的情况下通过示波器观察娃微陀螺芯片的驱动信号和模态稱合误差信号。所述步骤(3)中，预设值a、b的大小根据硅微陀螺生产水平以及对硅微陀螺性能的要求确定。所述预设值a、b间的关系为a=5b IOb。与现有技术相比，本专利技术的优点在于本专利技术减少振动式硅微陀螺模态耦合误差的激光修形方法，原理简单、操作简便，可以有效地弥补设计解耦结构以及同步解调减少模态耦合误差存在的不足。采用本专利技术的方法后，激光修形位置和激光修形量可以根据调节激光器的相关参数进行精确控制。由于激光修形方法的本质是在微陀螺振动结构上进行材料去除，因此本专利技术的整个操作简单可靠。激光修形中应去除的材料量根据存在的模态耦合误差值来确定，因而可以将模态耦合误差降至很小甚至为零。本专利技术设计合理，对加工条件要求不高，有利于硅微陀螺工业化生产，可以有效的减少微陀螺结构加工误差引起的正交耦合误差以提高陀螺的工作性能，对于提高微陀螺的成品率很有帮助。附图说明图I是采用本专利技术方法后进行激光修形的流程示意图。图2是本专利技术在具体应用实例中硅微陀螺振动结构的示意图。图3是本专利技术在具体应用实例中的激光修形原理示意图。图例说明I、第一锚点；2、第一质量块；3、第二锚点；4、质量块摆动中心线；5、支撑梁；6、第二质量块；M1、M2、B1、B2、进行激光修形的位置。具体实施方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。如图2所不，以一个具体应用实例中的娃微陀螺芯片为例，该娃微陀螺芯片包括支撑梁5和若干个质量块，支撑梁5的两端分别通过第一锚点I和第二锚点3固定，第一质量块2与第二质量块6为一组并呈对称状布置于支撑梁5的两端(本实例中为左右两对)， 两两对应布置，在工作时形成两对质量块之间的质量块摆动中心线4。在理想情况下，硅微陀螺振动结构不存在加工误差，此时微陀螺的模态耦合误差为零。当实际的硅微陀螺振动结构存在加工误差时，引起振动结构的弹性不对称，从而产生较大的正交耦合误差。对于振动式硅微陀螺，支撑梁5上的加工误差相对于其它位置上的加工误差对陀螺性能影响更大，且同一位置处，模态耦合误差与加工误差 大小正相关。通过对微陀螺振动结构加工误差进行仿真分析，发现质量块摆动中心线4两侧的加工误差对模态耦合误差的影响呈反相位关系。因此，在振动结构上通过激光去除一定材料产生与已有模态耦合误差反相的模态耦合误差则可以减少甚至消除微陀螺的模态耦合误差，从而本专利技术的激光修形原理为首先测试硅微陀螺芯片的模态耦合误差信号K的峰值以及模态耦合误差信号匕与驱动信号K,的相位关系。接下来，根据误差信号的大小及信号间的相位关系确定激光修形的位置并调节激光器的工作参数；最后，使用高精度紫外激光器在微陀螺振动结构上合适位置去除一定的材料，部分或全部抵消已存在的模态稱合误差，并且修形与信号测试交替进行。通过激光修形减少模态耦合误差是一个收敛的过程，本专利技术可以提高修形的效率及精度。如图1和图3所示，本专利技术的减少振动式硅微陀螺模态耦合误差的激光修形方法， 其具体步骤为I、信号测试对于实际加工的硅微陀螺芯片，结合测试电路，在零角速率输入的情况下通过示波器观察其驱动信号和模态耦合误差信号，分别以Kn匕表示驱动信号和模态耦合误差信号，并确定两信号的峰峰值大小及两信号之间的相位关系。2、确定激光修形的类型在完成步骤I的信号测试后，如果模态耦合误差信号K 的峰峰值大于预设值a，则在硅微陀螺芯片的支撑梁5上进本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种减少振动式硅微陀螺模态耦合误差的激光修形方法，其特征在于，步骤为：（1）?信号测试：对于实际加工的硅微陀螺芯片，测试硅微陀螺芯片的驱动信号Vd和模态耦合误差信号Vm，并确定两信号的峰峰值大小及两信号之间的相位关系；（2）确定激光修形的类型：在完成步骤（1）的信号测试后，如果模态耦合误差信号Vm的峰峰值大于预设值a，则在硅微陀螺芯片的支撑梁上进行粗修形；若模态耦合误差信号Vm的峰峰值大于预设值b且小于预设值a，则在质量块上进行精确修形；若驱动信号Vd的峰峰值小于预设值b，则不需进行修形；（3）确定修形的位置：在完成步骤（1）的信号测试后，当为非完全对称式结构时，如果模态耦合误差信号Vm的相位超前驱动信号Vd?的相位85°～95°，则选择硅微陀螺芯片振动结构中质量块摆动中心线左侧进行激光修形；若模态耦合误差信号Vm的相位滞后驱动信号Vd?的相位85°～95°，则选择硅微陀螺芯片振动结构中质量块摆动中心线右侧进行激光修形；当为完全对称式结构时，如果模态耦合误差信号Vm的相位与驱动信号Vd?的相位超前?5°～5°，则选择硅微陀螺芯片振动结构中质量块摆动中心线左侧进行激光修形；如果模态耦合误差信号Vm的相位与驱动信号Vd?的相位滞后?5°～5°，则选择硅微陀螺芯片振动结构中质量块摆动中心线右侧进行激光修形；（4）根据步骤（2）和步骤（3）得到的类型和位置进行激光修形。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴学忠，肖定邦，陈志华，贺琨，侯占强，胡松奇，王兴华，刘学，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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