[发明专利]一种微型三自由度单循环式PMMA气流陀螺

说明书

技术领域

本发明涉及利用哥氏力原理检测运动体角速度姿态参数的技术领域，尤其是涉及一种微型三自由度单循环式PMMA气流陀螺。

背景技术

现有技术中以微机械振动陀螺为代表的微型陀螺的敏感元件内一般设置有固体框架或梁，抗冲击振动能力差，而气流陀螺以气体作为敏感质量，结构简单，通过哥氏力使气流敏感体偏转来实现角参数的测量，因此这种微型陀螺抗高过载、耐强冲击、成本低。现有专利中的高灵敏度压电射流角速度传感器由敏感器件的壳体、喷嘴体、敏感元件、压电泵、泵座、碟簧、锁紧螺母和外部电路系统以及机械系统组成；这种陀螺是用黄铜或铝经传统机械加工而成，因此体积大，不能用于微型载体姿态测量和控制领域，另外它只能敏感一个方向上的角速度，如构成多自由度角速度测量需要组合安装，而由安装距离引起的误差较大。在现有技术中，可以利用MEMS工艺在硅片中腐蚀出气流网络，但是工艺复杂，成本高，不易达到设计要求；且由于硅片的厚度薄，只有500μm左右，因此气流网络的尺度很小，气体容量少，在相同角速度输入时它受到的惯性小，气流束偏转小，陀螺的灵敏度很小；而硅片上的气流网络一般是开放式的，开口和进口与外界相同，易受外界环境影响，陀螺稳定性差，虽然成本低，但适用条件苛刻，实用性不强；此外，压电泵振子的有效变形面积与气流网络的截面积一致，尺寸小，驱动气体流动的能力弱，气流速度小，陀螺灵敏度低。

因此，如何克服上述问题成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种微型三自由度单循环式PMMA气流陀螺，该气流陀螺以气体作为敏感质量，抗高过载、耐强冲击；制作成本低，仅为全硅结构的1/10；采用密闭空间内的单循环气流作为角速度气流敏感体，陀螺的稳定性好，陀螺灵敏度较大；实现了三个方向较高灵敏度的角速度测量；敏感三个方向角速度的循环气流敏感体由一个压电陶瓷振子驱动，结构简单，使用寿命长。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种微型三自由度单循环式PMMA气流陀螺，所述气流陀螺包括敏感元件和PCB电路板，所述敏感元件和PCB电路板电连接，所述敏感元件包括PMMA盖板、硅板和PMMA底座；其中，

所述PMMA盖板上设置有气流回路；所述硅板上设置有三自由度敏感热线；所述PMMA底座上设置有压电陶瓷振子和气流回路；PMMA盖板、硅板和PMMA底座依次连接构成所述敏感元件。

进一步，所述PMMA底座的一侧开设有一圆孔，所述圆孔的边缘设置有高度小于PMMA底座厚度的台阶，所述压电陶瓷振子粘结在所述台阶上；PMMA底座的另一侧设置有梯形泵槽和若干个凹槽，所述泵槽的上部与所述圆孔的边缘重合相切，泵槽的底部两端设置有两个排气槽，所述泵槽的底部下方设置有下储气槽，所述下储气槽与所述排气槽连通；排气槽相对于下储气槽的对侧设置有两个长方形的下导流槽，所述导流槽的长度方向为PMMA底座的长度方向；下导流槽与下储气槽的交汇处设置有两个下进口槽；两个下导流槽的末端设置有两个长方形副敏感槽，所述副敏感槽的长度方向为PMMA底座的宽度方向；两个副敏感槽相交后沿着PMMA底座的长度方向开设有中心喷口槽，与所述中心喷口槽连通设置有主敏感槽，所述主敏感槽的与下储气槽连通。

进一步，所述PMMA盖板4的正面与所述PMMA底座6相对应的一侧开有深度一致的凹槽组合，其形状大小及位置完全与PMMA底座6的下储气槽、下导流槽、副敏感槽、主敏感槽、下进口槽一致，分别为上储气槽，上导流槽、上副敏感槽和上主敏感槽、上进口槽。

进一步，所述台阶的厚度为所述PMMA底座厚度的1/4。

进一步，所述下储气槽的深度比所述泵槽的深度浅；所述下导流槽的宽度比下储气槽的宽度大，所述下导流槽的深度与泵槽的深度一致；所述下进口槽的长度与下储气槽的宽度一致；所述副敏感槽的深度与下储气槽的深度一致；所述中心喷口槽的长度与副敏感槽的宽度一致，中心喷口槽的宽度大于其长度，中心喷口槽的深度与下导流槽的深度一致。

进一步，所述硅板的长度为PMMA底座长度的一半，宽度小于PMMA底座的宽度。