[發明專利]具有磁致伸縮振子的雙軸壓電檢測陀螺儀

無效

• 申請號: 200810041680.6
• 申請日: 2008-08-14
• 公開（公告）號: CN101339030A
• 公開（公告）日: 2009-01-07
• 發明（設計）人: 張衛平;盧奕鵬;陳文元
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01C19/56
• 分類號: G01C19/56
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種微機電技術領域的微陀螺，具體地說，涉及的是一種具有磁致伸縮振子的雙軸壓電檢測陀螺儀。

背景技術

陀螺是姿態控制和慣性制導的核心器件，慣性技術的發展以及衛星、導彈等制導需求的提高、要求陀螺向功率小、壽命長、體積小、能適應各種惡劣環境的方向發展。

經對現有技術的文獻檢索發現，中國專利“壓電陀螺元件和壓電陀螺儀”(專利申請號為：200510131905.3)提到可以通過壓電材料的棱柱狀振動體的結構，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側面上形成第1驅動電極，在第2側面上形成在寬度方向上分離的第2～第4驅動電極，帶相位差地向各驅動電極施加驅動電流，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側面上形成的第1檢測電極和第2側面上形成的第2檢測電極輸出由此產生的壓電振動體的撓度，從而檢測2軸方向上的角速度。

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

發明內容

本發明的目的是針對已有技術的不足，提出一種具有磁致伸縮振子的雙軸壓電檢測陀螺儀。本發明結構上采用具有“回”型槽結構的磁致伸縮振子，在振子上下“回”型表面壓電薄膜分別設置一層壓電薄膜，利用磁致伸縮振子特有的模態下的特殊振動方式作為激勵，壓電薄膜的壓電效應進行檢測，實現陀螺雙軸敏感。用這種特殊振動作為工作狀態，工作時不需要精確的高速圓周轉動，且易準確實現。檢測直接利用壓電薄膜的壓電效應，檢測電壓信號即可。本發明結構簡單，抗沖擊性強，不需要真空封裝，具有便于固定的節點，參考振動和檢測信號之間的耦合干擾少，并且是雙軸檢測，且加工工藝易實現，在惡劣環境下能很好地工作。另外驅動簡單便捷，且功耗微。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括磁致伸縮振子、上表面壓電薄膜、左下側驅動線圈、右上側驅動線圈、上表面上側輸出電極、上表面右側輸出電極、上表面下側輸出電極、上表面左側輸出電極、上表面懸臂梁、下表面懸臂梁。

磁致伸縮振子材料為導電的磁致伸縮材料，結構為具有兩面正方形表面的長方體，兩正方形表面相互平行，為磁致伸縮振子的上下表面，直接連接磁致伸縮振子上下表面的面為長方形，在磁致伸縮振子上下表面各設置一個“回”型孔，這兩個“回”型孔為非通孔，分別在磁致伸縮振子上下表面構成兩個槽形結構，兩個懸臂梁分別設置在磁致伸縮振子上下表面中心處，位于磁致伸縮振子兩個“回”型孔的中心，兩個懸臂梁及磁致伸縮振子兩個“回”型表面關于磁致伸縮振子對稱分布，磁致伸縮振子其他的表面為長方形(即其他表面不能是正方形)。

磁致伸縮振子上表面布置上表面壓電薄膜，上表面壓電薄膜上設置一個“回”型孔，上表面壓電薄膜上的“回”型孔為通孔，上表面壓電薄膜“回”型的最外邊與磁致伸縮振子的“回”型孔的最外邊尺寸和形狀一致，上述所有的“回”型的內外邊界為兩個正方形。

上表面壓電薄膜與磁致伸縮振子接觸的表面為上表面壓電薄膜下表面，則上表面壓電薄膜另外的與上表面壓電薄膜下表面平行的面，即自由的表面(即沒有與磁致伸縮振子接觸的表面)為上壓電薄膜上表面；上表面壓電薄膜的上表面外框形成正方形(“回”型表面的最外側組成的正方形)上側的邊為上表面第一邊、上表面壓電薄膜的上表面外框形成正方形右側的邊為上表面第二邊、上表面壓電薄膜的上表面外框形成正方形下側的邊為上表面第三邊、上表面壓電薄膜的上表面外框形成正方形左側的邊為上表面第四邊。上表面第一邊的中點與上表面第三邊的中點的連線為上表面第一中心線，上表面第二邊的中點與上表面第四邊的中點的連線為上表面第二中心線。