硅微机械石墨烯梁谐振式陀螺仪

陀螺作为一种测量被测物角速度的传感器，可以用来辨别物 体在单位时间内旋转的角度，在姿态控制和导航定位领域有着非 常重要的作用。由于传统机械陀螺具有体积大、成本高、不适合 批量生产等不良因素，使得硅微机械陀螺以其体积小、质量轻、 成本低、功耗小、可靠性高和测量范围大等优点从众多陀螺制造 中脱颖而出，在民用和军工领域得到了广泛的应用。对于硅微谐 振式陀螺，敏感材料对温度、振动等环境因素产生的差异引起谐 振频率的变化对传感器的测量精度和工作稳定性有重要的影响。 故石墨烯谐振梁在硅微机械陀螺中作为敏感材料可以充分发挥 出体积小、结构灵活、断裂强度大以及机械品质因数高的特点。 而石墨烯梁谐振式陀螺的基础理论研究、关键技术突破还多以实 验理论为主，具体以石墨烯作为敏感结构进行谐振特性研究，具 有差动复合敏感输出的谐振式陀螺仪仍处于研究空白。 该项目团队克服现有硅微谐振式陀螺技术上的不足，充分利 用石墨烯材料的优质特点，提供一种尺寸小、结构灵活、抗干扰 能力强、测量范围大的一种硅微机械石墨烯梁谐振式陀螺仪，实 现石墨烯谐振梁与硅微机械陀螺的紧耦合。通过将石墨烯谐振梁 作为硅微机械陀螺关键技术中的敏感结构，满足了石墨烯谐振梁 敏感结构的高精度、低成本、体积小、反应快、动态范围大、适 应恶劣环境的严格要求，使陀螺仪具有线性度好、零位稳定性高、 漂移率低、抗冲击力强的性能，实现了谐振式传感器中高可靠、 — 23 — 高机械品质因数、对称测量的特点。可在生物、医疗、工业机械、 航空航天、安全防护领域有较大的应用。