石英微機械音叉陀螺儀制造技術

本發明專利技術屬于慣性器件技術領域，公開了一種微機械音叉陀螺儀。該微機械音叉陀螺儀的音叉結構包括兩個驅動臂、兩個敏感臂和一個“王”字型承載梁，該“王”字型承載梁由上、中、下三個橫梁和一個縱梁構成，并將兩個驅動臂和兩個敏感臂設置在中橫梁上，且分別對稱位于縱梁的兩側，敏感電荷在叉指上左右對稱分布，不需要再對側面電極進行分塊，克服了分塊電極加工難度大的問題。同時，利用結構的對稱性可以消除加速度及各種耦合的影響。通過增加叉指數，提高了靈敏度，而且吸收了H型結構對稱性及引入反饋電極的優點，也吸收了平面型結構電極易于制作的優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及慣性器件
，特別是涉及一種石英微機械音叉陀螺儀。
技術介紹
隨著國內姿態控制和導航技術的發展，對國產化高精度陀螺儀產品的需求越來越急迫。現有的石英微機械陀螺儀應用最廣泛，主要包括U型結構石英微機械陀螺儀和H型結構石英微機械陀螺儀。U型結構石英微機械陀螺儀側面敏感電極需要分塊，制造工藝難度大，并且其叉指厚度與寬度接近，驅動信號和檢測信號耦合嚴重。而H型結構石英微機械陀螺儀同樣需要采用側面分塊檢測電極才能夠獲得較高的檢測靈敏度，目前國內分塊電極制作技術還不成熟，加工難度較大。
技術實現思路
(一)要解決的技術問題本專利技術提供一種石英微機械音叉陀螺儀，用以解決現有結構石英微機械陀螺儀側·面需要分塊敏感電極和檢測電極，而分塊電極制作技術不成熟，加工難度較大的問題。(二)技術方案為了解決上述技術問題，本專利技術提供一種石英微機械音叉陀螺儀，包括音叉結構，其中，所述音叉結構為雙H結構，包括兩個驅動臂、兩個敏感臂和一個“王”字型承載梁；所述“王”字型承載梁為音叉結構，由上橫梁、中橫梁、下橫梁三個橫梁和一個縱梁構成；所述兩個驅動臂和兩個敏感臂均設置在所述中橫梁上，分別對稱位于所述縱梁的兩側，且所述兩個驅動臂的形狀及質量完全相同，所述兩個敏感臂的形狀及質量完全相同；所述上橫梁的頂端及下橫梁的底端各連接一固定塊，所述微機械音叉結構通過所述固定塊固定在基座上；其中，所述音叉結構以所述縱梁為對稱軸呈鏡像對稱，同時以所述中橫梁為對稱軸呈鏡像對稱。如上所述的石英微機械音叉陀螺儀，優選的是，所述兩個驅動臂的兩端均設置有第一質量微調塊。如上所述的石英微機械音叉陀螺儀，優選的是，其特征在于，所述兩個敏感臂的兩端均設置有第二質量微調塊。如上所述的石英微機械音叉陀螺儀，優選的是，所述驅動臂距離所述縱梁的距離大于所述敏感臂距離所述縱梁的距離。如上所述的石英微機械音叉陀螺儀，優選的是，所述驅動臂和敏感臂的寬度相同。如上所述的石英微機械音叉陀螺儀，優選的是，所述驅動臂和敏感臂的寬度尺寸大于厚度尺寸。如上所述的石英微機械音叉陀螺儀，優選的是，其中一個所述驅動臂為反饋電極，與外電路連接構成反饋電路。如上所述的石英微機械音叉陀螺儀，優選的是，所述驅動臂與所述中橫梁的直角連接處具有70°倒角。如上所述的石英微機械音叉陀螺儀，優選的是，所述敏感臂與 所述中橫梁的直角連接處具有70°倒角。(三)有益效果本專利技術所提供的微機械音叉陀螺儀的音叉結構包括兩個驅動臂、兩個敏感臂和一個“王”字型承載梁，該“王”字型承載梁由上、中、下三個橫梁和一個縱梁構成，并將兩個驅動臂和兩個敏感臂設置在中橫梁上，且分別對稱位于縱梁的兩側，敏感電荷在叉指上左右對稱分布，不需要再對側面電極進行分塊，克服了分塊電極加工難度大的問題。同時，利用結構的對稱性可以消除加速度及各種耦合的影響。通過增加叉指數，提高了靈敏度，而且吸收了 H型結構對稱性及引入反饋電極的優點，也吸收了平面型結構電極易于制作的優點。附圖說明圖I為本專利技術實施例中石英微機械音叉陀螺儀音叉結構的結構示意圖；圖2為圖I沿A-A方向的局部剖視圖；圖3為本專利技術實施例中石英微機械音叉陀螺儀音叉結構的制作工藝流程圖；其中，a、音叉結構；1 :第一質量微調塊；2 :驅動臂；3 :第二質量微調塊；4 :敏感臂;5 王”字型承載梁；6 :固定塊；7 :上橫梁；8 :中橫梁；9 :下橫梁；10 :縱梁。具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本專利技術的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本專利技術，但不用來限制本專利技術的范圍。圖I所示為本專利技術實施例中石英微機械音叉陀螺儀音叉結構的結構示意圖。如圖I所示，本專利技術實施例中的石英微機械音叉陀螺儀音叉結構a為雙H結構，包括兩個驅動臂2、兩個敏感臂4和一個“王”字型承載梁5，兩個驅動臂2作為驅動電極，兩個敏感臂4作為敏感電極，其中，“王”字型承載梁5為音叉結構，由上橫梁7、中橫梁8、下橫梁9三個橫梁和一個縱梁10構成，兩個驅動臂2和兩個敏感臂4均設置在中橫梁8上，分別對稱位于縱梁10的兩側，即兩個驅動臂2以縱梁10為對稱軸呈鏡像對稱，兩個敏感臂4也以縱梁10為對稱軸呈鏡像對稱。且兩個驅動臂2的形狀及質量完全相同，兩個敏感臂4的形狀及質量也完全相同，以實現敏感電荷左右對稱分布，不再需要分塊電極，規避了側面分塊電極的加工難題。并在上橫梁7的頂端及下橫梁9的底端各連接一固定塊6，音叉結構a通過固定塊6固定在基座上。音叉結構a以縱梁10為對稱軸呈鏡像對稱，同時以中橫梁8為對稱軸呈鏡像對稱。通過設置兩個驅動臂2和兩個敏感臂4，增加了音叉結構a的叉指數，提高了石英微機械音叉陀螺儀的靈敏度。音叉結構a的雙H結構對稱性，可以消除線加速度及各種耦合的影響。其中，兩個驅動臂2和兩個敏感臂4與“王”字型承載梁5之間為剛性連接，從而兩個敏感臂4可以在兩個驅動臂2的驅動下振動。由于加工的精度問題，不可能確保音叉結構a的完全對稱結構，該對稱結構包括兩個驅動臂2的形狀及質量完全相同，和兩個敏感臂4的形狀及質量也完全相同，這就會在石英微機械陀螺儀測量角速度的時候產生較大的噪聲。為了給石英微機械陀螺儀降噪，本實施例中優選在兩個驅動臂2的兩端均設置第一質量微調塊I，進一步地，還可以在兩個敏感臂4的兩端均設置第二質量微調塊3，通過外接測試電路和微調電路，可以利用激光修調的方式對第一質量微調塊I和第二質量微調塊3進行質量修調，從而降低聲噪，同時還可以保證石英微機械陀螺儀的精度。本實施例中可以設置驅動臂2距離縱梁10的距離大于敏感臂4距離縱梁10的距離，增大驅動力臂，提高驅動振幅。其中，由于驅動臂2和敏感臂4分開，可以設置驅動臂2和敏感臂4的寬度尺寸相同，因為叉指的厚度與工作模態諧振頻率無關，從而對叉指的厚度要求降低，可以很小，如圖2所示，有利于音叉結構a制作工藝中的化學腐蝕工藝。 為了吸收單H型結構引入反饋電機的優點，本實施例中還優選將其中一個驅動臂2作為反饋電極，與外電路連接構成反饋電路，為解決諧振、穩幅、同步問題提供條件。音叉結構a是基于科里奧利力(亦稱為科氏慣性力)來設計的，本實施例中石英微機械陀螺儀的具體工作原理為首先通過外接測試電路和微調電路，利用激光修調的方式對第一質量微調塊I和第二質量微調塊3進行質量修調；然后給驅動臂2施加一穩定電壓，驅動臂2在外加電場的作用下產生X方向彎曲振動。當石英微機械陀螺儀繞其對稱軸(即縱梁10)旋轉時，即繞Z軸旋轉，如圖I所示，其中，旋轉角速度為ω，則作用在音叉結構a上的科氏慣性力使敏感臂4產生Y方向的振動，這樣利用石英的壓電效應，敏感電極上就出現與科氏慣性力成比例的電荷，這些電荷形成的電流經過放大解調后，便得到一個正比于輸入旋轉角速度ω的直流輸出，從而測出旋轉角速度值。本實施例中優選驅動臂2與中橫梁8的直角連接處具有70°倒角α，同時驅動臂2與中橫梁8的直角連接處也可以具有70°倒角β，以增強音叉結構a的抗震動沖擊性能。由以上實施例可以看出，本專利技術所提供的石英微機械音叉陀螺儀的雙H音叉結構包括兩個驅動臂、兩個敏感臂和一個“王”字型承載梁，該“王”字型承載梁由上、中、下三個橫梁和一個縱梁構成，并將兩個驅動臂和兩個敏感臂設置在中橫梁上，且分別對稱位于縱梁的兩側，敏感電荷在叉指上呈左右本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種石英微機械音叉陀螺儀，包括音叉結構，其特征在于，所述音叉結構為雙H結構，包括兩個驅動臂、兩個敏感臂和一個“王”字型承載梁；所述“王”字型承載梁為音叉結構，由上橫梁、中橫梁、下橫梁三個橫梁和一個縱梁構成；所述兩個驅動臂和兩個敏感臂均設置在所述中橫梁上，分別對稱位于所述縱梁的兩側，且所述兩個驅動臂的形狀及質量完全相同，所述兩個敏感臂的形狀及質量完全相同；所述上橫梁的頂端及下橫梁的底端各連接一固定塊，所述微機械音叉結構通過所述固定塊固定在基座上；其中，所述音叉結構以所述縱梁為對稱軸呈鏡像對稱，同時以所述中橫梁為對稱軸呈鏡像對稱。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊鵬遠，劉超，
申請(專利權)人：北京晨晶電子有限公司，
類型：發明
國別省市：