[發(fā)明專利]具有長方體振子的全固態(tài)雙軸磁致伸縮壓電陀螺儀

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810041677.4
• 申請日: 2008-08-14
• 公開（公告）號: CN101339027A
• 公開（公告）日: 2009-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張衛(wèi)平;盧奕鵬;陳文元
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01C19/56
• 分類號: G01C19/56
• 代理公司: 上海交達專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種微機電技術(shù)領(lǐng)域的微陀螺，具體地說，涉及的是一種具有長方體振子的全固態(tài)雙軸磁致伸縮壓電陀螺儀。

背景技術(shù)

陀螺是姿態(tài)控制和慣性制導(dǎo)的核心器件，慣性技術(shù)的發(fā)展以及衛(wèi)星、導(dǎo)彈等制導(dǎo)需求的提高、要求陀螺向功率小、壽命長、體積小、能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境的方向發(fā)展。

經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利“壓電陀螺元件和壓電陀螺儀”(專利申請?zhí)枮椋?00510131905.3)提到可以通過壓電材料的棱柱狀振動體的結(jié)構(gòu)，來檢測2軸方向上的角速度。截面為矩形的棱柱狀的壓電振動體一端固定，在其第1側(cè)面上形成第1驅(qū)動電極，在第2側(cè)面上形成在寬度方向上分離的第2～第4驅(qū)動電極，帶相位差地向各驅(qū)動電極施加驅(qū)動電流，使壓電振動體振動，其另一端做圓周運動。在與其振動的旋轉(zhuǎn)中心軸正交的方向上作用有扭矩時，從壓電振動體的第1側(cè)面上形成的第1檢測電極和第2側(cè)面上形成的第2檢測電極輸出由此產(chǎn)生的壓電振動體的撓度，從而檢測2軸方向上的角速度。

此技術(shù)存在如下不足：首先，驅(qū)動電路要求多次移相，有些驅(qū)動電路還包括振幅檢測電路、AGC電路、對控制要求高，且電路復(fù)雜，干擾大，噪聲多、難以得到理想的的驅(qū)動信號。其次，通過向四個不同的電極上施加相位不同的四相驅(qū)動信號來使壓電體自身產(chǎn)生圓周運動作為參考運動，規(guī)則的圓周運動難以得到準確的實現(xiàn)，增大了角速度檢測的誤差。要保證壓電體轉(zhuǎn)動得到高速圓周運動，功耗大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對已有技術(shù)的不足，提供一種具有長方體振子的全固態(tài)雙軸磁致伸縮壓電陀螺儀。本發(fā)明結(jié)構(gòu)上采用帶有正方形面的長方體磁致伸縮振子，在振子兩個正方形表面分別制備一層壓電薄膜。利用磁致伸縮振子特有的模態(tài)下的特殊振動作為振動陀螺的參考振動，壓電薄膜的壓電效應(yīng)進行檢測，實現(xiàn)陀螺雙軸敏感。用這種特殊模態(tài)下的振動作為工作狀態(tài)，工作時不需要精確的高速圓周轉(zhuǎn)動，功耗低，且易準確實現(xiàn)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、不需真空封裝、抗沖擊性強、在惡劣環(huán)境下能很好地工作、且加工工藝易實現(xiàn)。磁致伸縮驅(qū)動，壓電檢測，干擾信號小，驅(qū)動簡單便捷。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括磁致伸縮振子，壓電薄膜，驅(qū)動線圈，輸出電極。

振子材料為磁致伸縮材料，結(jié)構(gòu)是端面為正方形的長方體。磁致伸縮振子具有兩個正方形表面，這兩個正方形表面相互平行，其中一個正方形表面為磁致伸縮振子的上表面，簡稱上表面；則另一個正方形表面為磁致伸縮振子的下表面，簡稱下表面。上表面壓電薄膜、下表面壓電薄膜分別位于磁致伸縮振子上表面、下表面上，且具有與磁致伸縮振子上表面、下表面相同的正方形表面。

所述壓電薄膜，包括上表面壓電薄膜、下表面壓電薄膜。

所述驅(qū)動線圈，包括上側(cè)驅(qū)動線圈、下側(cè)驅(qū)動線圈。

所述輸出電極，包括上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極、上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極、上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極、上表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極、下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極、下表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極、下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極、下表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極。

上表面壓電薄膜自由的正方形表面(即沒有與磁致伸縮振子接觸的表面)為上表面壓電薄膜上表面，則上表面壓電薄膜與磁致伸縮振子接觸的正方形表面為上表面壓電薄膜下表面；下表面壓電薄膜自由的正方形表面為下表面壓電薄膜下表面，下表面壓電薄膜與磁致伸縮振子接觸的正方形表面為下表面壓電薄膜上表面；上表面壓電薄膜的上表面上側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第一邊、上表面壓電薄膜上表面右側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第二邊、上表面壓電薄膜上表面下側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第三邊、上表面壓電薄膜上表面左側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第四邊、下表面壓電薄膜下表面上側(cè)的邊為下表面壓電薄膜第一邊、下表面壓電薄膜下表面右側(cè)的邊為下表面壓電薄膜第二邊、下表面壓電薄膜下表面下側(cè)的邊為下表面壓電薄膜第三邊、下表面壓電薄膜下表面左側(cè)的邊為下表面壓電薄膜第四邊。上表面壓電薄膜第一邊與下表面壓電薄膜第一邊平行，上表面壓電薄膜第一邊與下表面壓電薄膜第一邊位于磁致伸縮振子、上表面壓電薄膜和下表面壓電薄膜構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的同一表面上。上表面壓電薄膜第一邊的中點與上表面壓電薄膜第三邊的中點的連線為上表面壓電薄膜第一中心線、上表面壓電薄膜第二邊的中點與上表面壓電薄膜第四邊的中點的連線為上表面壓電薄膜第二中心線、下表面壓電薄膜第一邊的中點與下表面壓電薄膜第三邊的中點的連線為下表面壓電薄膜第一中心線、下表面壓電薄膜第二邊的中點與下表面壓電薄膜第四邊的中點的連線為下表面壓電薄膜第二中心線。