[发明专利]基于剪应力检测的十字叉结构石英微机械陀螺

说明书

技术领域

本发明主要涉及到微机械陀螺的设计领域，特指一种十字叉结构石英微机械陀螺。

背景技术

利用微机械技术制造而成的石英微机械陀螺和传统的陀螺相比，具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高、可批量生产等优点，可广泛应用于航空、航天、武器、汽车、医疗、消费电子等领域，具有巨大的市场潜力，目前已成为惯性陀螺发展的一个重要方向。现在国际上各种结构的微机械陀螺层出不穷，它们的共同特点是有相互垂直的两个振动方向，即振动激励方向和科里奥利力引起的检测振动方向。

目前，石英陀螺产品主要采用美国NEW SD公司申请的专利“Rotation Rate Sensor withCenter Mounted Tuning Fork”(中心装贴的音叉结构旋转速率传感器，美国专利，专利号5396144)和美国BEI Technologies公司申请的专利“Inertial Rate Sensor Tuning Fork”(音叉结构惯性速率传感器，美国专利，专利号US6262520B1)所述的陀螺结构。但是这些结构的检测电极需要在检测梁的侧壁制作分开的两电极，这将导致复杂的电极制作工艺，并且不平衡的正负电极对陀螺的性能影响很大。这些结构的检测振动存在压膜阻尼，降低其振动的品质因子，不利于微机械陀螺灵敏度的提高。此外这些结构均通过读取检测振动正应力产生的电信号来检测科里奥利力的，但是根据石英的压电方程，正应力的压电系数分量并不是最大的，而其中的一种剪应力具有更大的压电系数分量，因此通过改进陀螺结构，利用剪应力检测在理论上可以提升陀螺的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、灵敏度高、制造工艺简单、成品率高的基于剪应力检测的十字叉结构石英微机械陀螺。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种基于剪应力检测的十字叉结构石英微机械陀螺，包括通过键合连接在一起的衬底和陀螺总成，其特征在于：所述陀螺总成包括检测梁、一根以上的驱动梁、检测电极以及驱动电极，所述驱动梁与检测梁呈十字交叉状布置，所述驱动梁的两端设有可动质量块，所述驱动电极装设于驱动梁的外表面上，所述检测电极装设于检测梁的外表面上。

作为本发明的进一步改进：

所述检测梁的两端与一支撑框架相连，所述驱动梁位于支撑框架内。

所述检测梁上开设有一个以上的开孔。

所述检测梁的两端分别与一支撑质量块相连。

所述检测梁为一变截面的锥形梁。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：

本发明基于剪应力检测的十字叉结构石英微机械陀螺，其中可动质量块的振动产生的空气阻尼为滑膜阻尼，使得振动具有较高的品质因子。驱动振动和检测振动分别作用在驱动梁和悬臂梁上，有利于减小驱动模态和检测模态之间的耦合，提高了陀螺的分辨率。检测梁的变截面双端固支设计可以增大检测梁侧壁处的剪应力，从而可以有效地提高结构灵敏度。检测梁侧壁的两对检测电极的对称分布特点，可以使信号通过差分运算减小共模干扰，提高结构抗干扰能力。基体结构上的侧壁电极为单一极性并且分布在对应的整个侧壁表面，而不需要在侧壁制作复杂电极图形，降低了电极制作工艺的难度。本发明陀螺具有结构新颖、灵敏度高、制造工艺简单、易于降低成本和提高成品率等优点。

附图说明

图1是本发明具体实施例1的俯视结构示意图；

图2是本发明具体实施例1中电极配置的主视结构示意图；

图3是本发明具体实施例1中电极配置的后视结构示意图；

图4是本发明具体实施例2的结构示意图；

图5是本发明具体实施例3的结构示意图；

图6是本发明具体实施例4的结构示意图。

图例说明

1、衬底；2、支撑框架；3、检测梁；4、驱动梁；5、第一可动质量块；6、第二可动质量块；7、第一驱动电极；8、第二驱动电极；9、第三驱动电极；10、第四驱动电极；11、第五驱动电极；12、第六驱动电极；13、第一检测电极；14、第二检测电极；15、第三检测电极；16、第四检测电极；17、第一引线电极；18、第二引线电极；19、第三引线电极；20、第四引线电极；21、第五引线电极；22、第六引线电极；23、支撑质量块；24、开孔；25、第二驱动梁；26、第三可动质量块；27、第四可动质量块。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步详细说明。