[发明专利]流体与旋转驱动一体化挠性静电补偿式线圈加矩微陀螺仪

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微机电技术领域的微陀螺，具体是一种流体与旋转驱动一体化挠性静电补偿式线圈加矩微陀螺仪。

背景技术

当前被广泛研究的微陀螺仪可分为两种，一种是悬浮转子式微陀螺，另一种是挠性陀螺仪，它们各有其特点。悬浮转子式微陀螺，转子在悬浮状态下高速旋转，转速获得的较大的提高，有助于实现高精度，但是悬浮转子式微陀螺普遍采用双定子结构，并且为了提高转子的侧向刚度而需要加工侧向控制电极，使得悬浮转子式微陀螺的加工工艺复杂。而为了除去转子受到空气阻力的影响，常见的悬浮转子式微陀螺要使用真空封装。挠性陀螺仪是一种高性能、低成本的精度较高的陀螺，它以挠性支撑代替传统的悬浮技术而带来一系列的优点，故在惯性导航系统中获得广泛应用。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号为：CN1712894A，名称为：电磁驱动动力调谐挠性转子微陀螺。该专利文中提到该系统包括：双定子结构、电机驱动轴承、与轴承相连的转子。该系统是通过电机驱动轴承来带动转子高速旋转产生角动量，采用双定子结构，使用了驱动转子和旋转转子两个转子，从而结构复杂，并且在工艺上很难利用微加工工艺精确加工电机驱动轴承，工艺要求高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种流体与旋转驱动一体化挠性静电补偿式线圈加矩微陀螺仪。该陀螺仪使用单定子结构，陀螺的角动量是通过金属流体的高速旋转来产生的，并通过挠性梁将转子与定子连为一体，使该陀螺仪具有很强的抗冲击能力。在转子上加工旋转驱动线圈，旋转驱动线圈与转子成为一体，有效减小由旋转驱动线圈产生的磁场对转子所造成的干扰，从而使得转子能更好的响应外界角速度的变化。转子的基体是用金属作材料，在定子上加工电极通过静电感应对转子产生静电力来补偿挠性梁产生的干扰力矩，使转子成为自由支撑体。在定子上加工检测电极与转子形成差分电容来检测转子的位置偏移情况，并使用反馈加矩线圈对转子进行反馈控制。

本发明是通过以下技术方案实现的。本发明包括：转子、挠性梁、定子。转子包括旋转驱动线圈、绝缘层、角动量层，角动量层又由第二基体和环形腔体构成，环形腔体位于第二基体内，环形腔体中注有金属流体，环形腔体中的金属流体在旋转驱动线圈所施加的旋转磁场的作用下旋转，产生角动量，绝缘层设于角动量层的上表面，旋转驱动线圈设于绝缘层的上表面，旋转驱动线圈在以转子的中心为圆心的圆周方向上呈对称分布，转子与定子通过挠性梁连接为一体，挠性梁会随着转子和定子相对位置的偏移而发生相应的变形；定子包括第一基体、检测电极、反馈加矩线圈、挠性补偿静电电极，在第一基体的上表面的内侧分布着八个检测电极，第一基体的上表面的外侧分布着四个反馈加矩线圈、八个挠性补偿静电电极，其中反馈加矩线圈、挠性补偿静电电极处于同一个以定子中心为圆心的圆环上，反馈加矩线圈、挠性补偿静电电极的内径和外径分别相同，两个紧邻的挠性补偿静电电极形成挠性补偿静电电极对，反馈加矩线圈与挠性补偿静电电极对彼此交替，八个检测电极在圆周方向上呈对称分布，四个反馈加矩线圈和四对挠性补偿静电电极在圆周方向都呈对称分布。

本发明流体与旋转驱动一体化挠性静电补偿式线圈加矩微陀螺仪的结构是采用微细加工(微细体加工和微细表面加工)工艺进行加工。转子的基体材料为镍，旋转驱动线圈的材料是铜，转子的绝缘层是Al₂O₃绝缘层。定子的基体为玻璃，在玻璃上加工种子层，再通过一系列微加工工艺在种子层上加工检测电极、反馈加矩线圈和挠性补偿静电电极，检测电极、反馈加矩线圈与挠性补偿静电电极都是以铜为材料，挠性梁的材料为镍。定子的基体也可以使用金属作材料，以金属作为基体材料时，需要在基体上溅射一层Al₂O₃绝缘层，再在Al₂O₃绝缘层上加工检测电极、反馈加矩线圈和挠性补偿静电电极。