[发明专利]基于一体式圆柱壳体石英谐振子和压电薄膜的振动陀螺

权利要求书

1.一种基于一体式圆柱壳体石英谐振子和压电薄膜的振动陀螺，由一体式圆柱壳体石英谐振子和压电薄膜组成，其特征在于：所述一体式圆柱壳体石英谐振子由高纯度石英材料一体化加工而成，包括谐振环(1)、导振环(2)、底盘(3)、固定柱(4)，四者共轴放置，从下而上依次为谐振环(1)、导振环(2)和底盘(3)，固定柱(4)位于底盘(3)靠近导振环(2)一侧的中心；所述谐振环(1)和导振环(2)均为空心圆柱壳体，谐振环(1)的外径为R₁，内径为r₁，高度为H₁，导振环(2)的外径为R₂，内径为r₂，高度为H₂，满足R₁>R₂，r₁＝r₂，H₁>H₂；所述固定柱(4)为中心开孔的圆柱体，高度为H₃，外径为R₃，内径为r₃，在固定柱(4)外壁采用铟封或胶粘的方式使谐振子整体固定于外部基座上；所述底盘(3)为厚度为H₄的圆盘，外径R₄，内径为r₄，其中R₄＝R₂，r₄＝r₃，底盘(3)厚度H₄采用有限元软件通过仿真确定，H₄越小，底盘对振动就越敏感，圆柱壳体振动陀螺的检测灵敏度就越高；距离底盘(3)中心半径为R₅的圆周处，以圆周所在位置为圆心均匀开有2N个半径为r的底盘孔(5)，满足(R₃+r/2)<R₅<(R₄-r/2)，1≤N≤8；所述压电薄膜(6)为镀制于底盘(3)上的2N条长度为L，宽度为W，厚度为H的长方体薄膜，位于2N个底盘孔(5)之间，长度方向沿径向排列，满足L<(r₁-R₃)，宽度W和厚度H按振动陀螺所需检测灵敏度择优选取，将所述2N条压电薄膜分为两组，一组为驱动电极，用于激励圆柱壳体谐振子振动于n＝2本征模态，另一组为检测电极，用于检测由输入角速度导致的45°方向的n＝2正交模态。

2.根据权利要求1所述基于一体式圆柱壳体石英谐振子和压电薄膜的振动陀螺，其特征在于：所述底盘孔(5)为圆形、椭圆形、扇形，其形状影响陀螺的灵敏度、信噪比与带宽，实际实施中应考虑加工难易程度和所需工作性能折衷选择。

3.根据权利要求2所述基于一体式圆柱壳体石英谐振子和压电薄膜的振动陀螺，其特征在于：所述底盘孔(5)从加工角度考虑优选为圆形。

4.根据权利要求1所述基于一体式圆柱壳体石英谐振子和压电薄膜的振动陀螺，其特征在于：所述底盘孔(5)个数优选为八个。

5.根据权利要求1所述基于一体式圆柱壳体石英谐振子和压电薄膜的振动陀螺，其特征在于：所述压电薄膜(6)可以是任何具有压电效应的薄膜材料。

6.根据权利要求1所述基于一体式圆柱壳体石英谐振子和压电薄膜的振动陀螺，其特征在于：所述压电薄膜(6)优选为PZT薄膜。

7.根据权利要求1所述基于一体式圆柱壳体石英谐振子和压电薄膜的振动陀螺，其特征在于：所述压电薄膜(6)可以镀制于谐振环(1)或导振环(2)外壁，沿所述谐振环(1)或导振环(2)的外壁圆周方向均匀排列，长度方向沿谐振环(1)或导振环(2)的轴线方向。

8.根据权利要求1所述基于一体式圆柱壳体石英谐振子和压电薄膜的振动陀螺，其特征在于：所述压电薄膜(6)的镀制方法为溶胶-凝胶法、磁控溅射法、真空蒸镀法、化学气相沉积法、脉冲激光沉积法。

9.根据权利要求1所述基于一体式圆柱壳体石英谐振子和压电薄膜的振动陀螺，其特征在于：所述压电薄膜(6)长度L和宽度W的选取优选为尽可能覆盖所述底盘(3)可利用的面积。