[發明專利]反磁懸浮振動微陀螺

無效

• 申請號: 200910045762.2
• 申請日: 2009-02-05
• 公開（公告）號: CN101476887A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 張衛平;戴福彥;陳文元;劉武;劉凱
• 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，涉及的是一種反磁懸浮振動微陀螺。

背景技術

在姿態控制和慣性制導方面，陀螺是其核心器件，隨著慣性技術的發展以及衛星、導彈等制導需求的提高，人們對于陀螺的要求也更高了，要求陀螺體積更小、精度更高、成本更低。

微機械慣性儀表一般包括微機械陀螺儀和微機械加速度計。一般人們通過微電子加工工藝，將微機械結構與所需的電子線路完全集成在一個硅片基體上，從而可以使性能、體積、價格、重量、可靠性等方面的性能全面提高。從而，其具有的一系列優點包括性能可靠、體積小、價格便宜、重量輕、可靠性高、能大批量生產等，都使得其在軍民兩方面同樣都具有廣泛的應用前景。

經對現有技術的文獻檢索發現，2006年日本精工愛普生株式會社的小倉誠一郎，研制了一種具有特殊支撐結構的振動陀螺儀(專利申請號為：200610001919.8，專利名稱“振動陀螺元件、振動陀螺元件的支撐結構和陀螺傳感器”)。該陀螺儀可以檢測垂直于陀螺儀結構平面的軸向輸入角速率。該振動陀螺主要結構有基部、基部兩側直線延伸的檢測用振動臂、從基部兩側在檢測用振動臂垂直的方向上延伸的一對連接臂、從基部沿著各檢測用臂延伸的兩對梁，以及連接在相同方向上延伸的各梁的一對支撐部。而且通過粘接支撐震動陀螺原件的支撐部，可以在原本可以檢測角速度的基礎上同時提高支撐強度。該結構的主要缺點是：檢測質量通過連附于襯底上的撓性支撐梁支懸，為使支懸振動結構的兩種振動模態達到良好匹配，支撐結構需進行對稱設計和三維微加工，技術難度和耗費大。連附于襯底上的支懸振動結構使得陀螺器件的性能精度受制造缺陷的影響較大，因而器件機械彈簧常數的設計精度很難保證，并且存在機械耦合正交誤差問題。并且為了提高振動速率陀螺的靈敏度，要求激勵驅動模態和檢測模態的諧振頻率匹配，因而除了降低系統響應的帶寬外，還會相應地使系統響應對由于制造缺陷、環境條件變動引起的系統參數變化變得很敏感，很容易使驅動模態或檢測模態的固有頻率發生變化。

發明內容

本發明的目的是針對已有技術的不足，提供一種反磁懸浮振動微陀螺，采用反磁懸浮振子，結構簡單，加工工藝易實現，精度高，成本低，利用科氏加速度測定輸入角速度，差動電容產生的電壓信號作為檢測信號，能夠準確地檢測外界輸入的角速度。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括反磁懸浮振子、上定子、下定子、水平檢測驅動電極。其中上定子包括上極板、上永磁體塊，下定子包括下極板、下永磁體塊。連接關系是：反磁懸浮振子放置在上定子的上極板、下定子的下極板之間，水平檢測驅動電極環繞分布在反磁懸浮振子的周圍的同一個平面內。上定子的上永磁體塊在上極板上方，下定子的下永磁體塊在下極板的下方。

所述上極板上設置八個軸向檢測驅動電極和一個中央公共電極，它們之間的關系是：中央公共電極為截面為正方形的扁平立方體，它有上下兩個平行的正方形，四個長方形側面，其中一個正方形面面對反磁懸浮振子，周圍的八個軸向檢測驅動電極均勻分布在中央公共電極的四周，對應中央公共電極的正方形的每條側邊處的長方形側面，沿正方形邊長方向一分為二對應分布兩個長方體軸向檢測驅動電極。

所述下極板上設置八個軸向檢測驅動電極和一個中央公共電極，它們之間的關系是：中央公共電極為截面為正方形的扁平立方體，它有上下兩個平行的正方形，四個長方形側面，其中一個正方形面面對反磁懸浮振子，并且其兩個正方形面分別與上極板中央公共電極的正方形面對應平行，即空間上同軸平行于上極板中央公共電極，周圍的八個軸向檢測驅動電極均勻分布在中央公共電極的四周，對應中央公共電極的正方形的每條側邊處的長方形側面，沿正方形邊長方向一分為二對應分布兩個長方體軸向檢測驅動電極，且下定子中央公共電極的兩個正方形面分別與上定子中央公共電極的正方形面對應平行，并且下定子中央公共電極的兩個正方形面的四條邊也與上定子中央公共電極的正方形面的四條邊對應平行，即上下極板中央公共電極完全同軸平行。

所述反磁懸浮振子材料為反磁材料，結構為截面為正方形的扁平立方體，它有上下兩個平行的正方形，四個長方形側面。

所述位移檢測電極，都是長方體形狀塊狀電極。并且這些位移檢測電極位于反磁懸浮振子同一平面內。位移檢測電極共有24個，分別平均分布在反磁懸浮振子平面內的四個側面周圍，每個側面分布6個。

所述上極板上設置的八個軸向檢測驅動電極，都是長方體形狀塊狀電極。