陀螺是用于測量載體相對慣性空間旋轉(zhuǎn)運(yùn)動中運(yùn)動角速度和角度的傳感器，是運(yùn)動控制、姿態(tài)監(jiān)測、導(dǎo)航制導(dǎo)等領(lǐng)域的核心器件，在工業(yè)和國防領(lǐng)域具有廣泛且重要的應(yīng)用。陀螺從原理上可分為基于高速旋轉(zhuǎn)剛體的定軸性與進(jìn)動性工作的機(jī)械轉(zhuǎn)子類陀螺、基于光的 Sagnac 效應(yīng)的光學(xué)類陀螺、基于哥氏力效應(yīng)的振動類陀螺、基于原子干涉的冷原子陀螺及基于原子自旋的核磁共振陀螺等。其中，基于哥氏力效應(yīng)的振動類陀螺壽命長、成本低，而且隨著微機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展，逐步延伸到微機(jī)電系統(tǒng)（Micro Electro Mechanical Systems，MEMS）領(lǐng)域。MEMS 振動陀螺具有體積小、功耗低、壽命長、成本低等突出特點(diǎn)，在移動載體、汽車、無人機(jī)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。目前，已經(jīng)問世的新型高性能 MEMS 陀螺主要包括微半球諧振陀螺、核磁共振微陀螺、四質(zhì)量塊 MEMS 陀螺和嵌套環(huán) MEMS 陀螺等。其中，嵌套環(huán) MEMS 陀螺（Disk Resonator Gyroscope，DRG）由波音公司和 JPL 實(shí)驗(yàn)室首次提出，該 MEMS 陀螺具有軸對稱的諧振結(jié)構(gòu)、較高的電容靈敏度、更好的加工魯棒性的特點(diǎn)，因此具有較高的性能潛力。該陀螺采用較為成熟的平面微加工技術(shù)，在制造成本和可靠制造上更具優(yōu)勢，是目前最具有潛力的 MEMS 振動陀螺方案。本文主要圍繞嵌套環(huán) MEMS 陀螺的關(guān)鍵技術(shù)展開調(diào)研，分析討論了國內(nèi)外主要研究機(jī)構(gòu)在嵌套環(huán) MEMS 陀螺關(guān)鍵技術(shù)上的研究思路和進(jìn)展，為后續(xù)嵌套環(huán) MEMS 陀螺的研究提供參考和借鑒。

　　1 嵌套環(huán) MEMS 陀螺的結(jié)構(gòu)和工作原理嵌套環(huán) MEMS 陀螺的敏感結(jié)構(gòu)和工作模態(tài)如圖 1 所示。敏感結(jié)構(gòu)為陀螺的核心部分，主要由諧振結(jié)構(gòu)和電極組成。諧振結(jié)構(gòu)由多個同心薄壁圓環(huán)通過交叉分布的輻條相連，并連接到中心鍵合錨點(diǎn)上。嵌套環(huán) MEMS 陀螺擁有眾多的電極，電極與諧振結(jié)構(gòu)之間形成徑向間隙構(gòu)成電容，用于結(jié)構(gòu)驅(qū)動和信號檢測。嵌套環(huán) MEMS 陀螺具有多個模態(tài)，隨著模態(tài)階數(shù)升高，陀螺頻率增大且等效質(zhì)量和品質(zhì)因數(shù)減小，這不利于陀螺性能的提升。因此，嵌套環(huán) MEMS 陀螺通常工作在二階橢圓簡并模態(tài)。在角速率工作模式下，陀螺在驅(qū)動軸方向保持橫幅振動，當(dāng)存在垂直面外方向的角速度輸入時(shí)，陀螺會在檢測軸方向產(chǎn)生位移。通過測量該位移的變化，即可得到陀螺角速度的大小。