[实用新型]纳米光栅非谐振式三轴角速率传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于微惯性导航技术相关领域，具体涉及一种纳米光栅非谐振式三轴角速率传感器。

背景技术

微型机械电子式角速率传感器是二十世纪九十年代发展起来的高新技术产品，主要用于航空航天飞行器的姿态测量，是军用、民用飞行器必不可少的重要关键器件，一直受到世界航空航天科技领域的高度重视。

目前，角速率传感器一般由驱动结构、敏感质量、检测机构和转换线路等构成，由于在生产过程中不可避免的存在误差，使得角速率传感器无法达到最初设计时的对称性，结构误差产生的驱动模态能量耦合到检测模态会直接使输出产生较大噪声，而补偿由加工带来的误差一般为表头放置检测模块由次级电路输出相应补偿，这样给次级处理电路设计带来巨大难题，成本较高。另外，谐振式微机械角速率传感器受到外部振动的干扰较大且目前未出现有效的片内解决方案。本设计无需驱动，利用离心力驱动质量块产生运动，利用纳米光栅检测质量块运动产生的微位移，采用差分输出方式，有效减小了正交耦合误差，降低了由外部振动或冲击造成的输出失真问题。

纳米光栅对微位移进行检测具有高分辨力、低噪声的优点，分辨力可达飞米级。在距离测量及加速度传感器中得到了原理验证，但是未见纳米光栅运用在角速率传感器。

现有技术中，一种基于电容检测方式的微机械离心式陀螺(申请号：CN201110190016.X)，本实用新型与之比较采用纳米光栅检测方式，光栅细分电路的细分倍数及跟踪速度尚有很大提升空间，而电容检测的接口电路的分辨率已经处于检测极限，精度很难再往上提升；另外本实用新型设计的检测组合梁通过巧妙的梁结构设计可降低检测误差，结构简单，与其中心位置设有锚点，通过四组弹性梁连接四个质量块，在结构上完全不同，可以看出本实用新型的实用性和前景更加宽广。

实用新型内容

实用新型目的：

本实用新型的目的就是针对背景技术的不足，设计一种采用纳米光栅检测的非谐振式角速率传感器，以大幅度降低微角速率传感器的正交耦合误差、降低由外部振动或冲击产生的输出失真、提高检测分辨力，使检测数据更加准确、可靠。

技术方案：

本实用新型主要结构由：上基板1、动光栅层2、定光栅层3、下基板4、光电探测器10、检测梁2041、联接块2042、质量块203、动光栅200、上下基板凸台11、41、激光光源401、导线组成；上基板1通过上基板凸台11与动光栅层2粘结牢固，动光栅层2通过支撑框架21与定光栅层3上表面粘结牢固，定光栅层3下表面与下基板4通过下基板凸台41粘结牢固。

所述上基板1为方形，材料为硅，前后左右对称设置四个光电探测器10，并粘结牢固，在光电探测器10左右分别设置导线，在光电探测器10前后分别设置导线。

所述动光栅层2为方形，包括支撑框架21和检测机构，支撑框架21通过联接块2042与检测机构连接，检测机构设有检测机构204、205，质量块203，动光栅200，检测机构204、205通过检测梁2041、与质量块203联接，质量块203中心位置设置动光栅200,动光栅通过干法刻蚀技术生成。

所述检测机构204、205设有联接块2042，检测梁2041，其中检测梁2041、联接块2042串联构成折叠梁结构。

所述检测机构较传统谐振式微机械角速率传感器而言，无驱动机构，结构简单，正交耦合误差小，量程大，且采用差分输出方式可有效避免由外部振动引起的输出失真。

所述定光栅层3为方形，在定光栅层3的前后左右对称设置定光栅301、302，定光栅通过干法刻蚀技术生成。

所述的下基板4为方形，材料为硅，在下基板4的上表面前后左右对称设置四个激光光源40，并粘结牢固，激光光源40正负极由导线引出。

有益效果：

本实用新型与背景技术相比具有明显的先进性，此检测装置是采用整体结构设计，检测X、Y、Z轴方向的敏感机构集成制作于同一支撑框架内，结构设计合理，适合器件的微型化；采用纳米光栅检测方式，敏感质量块设置有动光栅，正对于定光栅层内设置的定光栅，分辨力高，不受温度影响，本实用新型的角速率传感器无需驱动，正交耦合误差小，受外界振动或冲击影响小，结构简单、可靠性好、容易单片集成，适用于高速旋转物体的角速率测量。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构局部剖视图

图2为本实用新型整体结构示意图

图3为本实用新型整体主视图

图4为本实用新型上基板结构示意图