[發明專利]一種全對稱杠桿放大電容式微機械陀螺

無效

• 申請號: 201110205937.9
• 申請日: 2011-07-21
• 公開（公告）號: CN102313545A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 常洪龍;楊勇;趙海濤;謝中建;趙小利;謝建兵;袁廣民
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01C19/56
• 分類號: G01C19/56
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 呂湘連

所屬領域

本發明涉及一種采用微機電系統(MEMS)技術實現的杠桿式放大電容檢測的微機械陀螺，屬于利用科氏效應的制導或控制裝置領域。

背景技術

傳統的經典的框架式轉子陀螺儀，由數百個零件組合而成，其結構復雜、體積大、使用壽命短，不能滿足技術的發展和許多新應用的需求。而后出現了沒有機械轉子的固態陀螺，如激光陀螺、光線陀螺等，其精度達到了導航級的要求，但由于其價格高、體積大等缺點，不適應用于現在蓬勃發展的微型慣性測量單元以及低價格商用市場的需求。而最近發展起來的微機械陀螺，其體積小、重量輕、價格低、壽命長等明顯優點，自從其概念被提出來，就一直為國內外研究的熱點。

現階段靜電驅動電容檢測微機械陀螺中，檢測電容靈敏度非常小，如專利申請號為201110189840.3，發明名稱為“一種放大質量塊運動速度的電容式微機械陀螺”的專利中的微機械陀螺采用的驅動方向杠桿放大，此結構存在如下缺點：1.此結構不是完全對稱，使驅動頻率與檢測頻率很難達到完全匹配；2.檢測方向電容靈敏度非常低，對后續處理難度非常大。

發明內容

本發明的目的是：為了克服現有技術中檢測電容靈敏度小等不足，提供一種杠桿式全對稱微機械陀螺，利用簡單的杠桿原理增加檢測電容的變化以解決現有微機械陀螺靈敏度、分辨率不夠高等問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種電容式杠桿放大全對稱微機械陀螺，包括一個慣性質量塊16；定義質量塊16中心點為原點，與質量塊16一邊平行的為X軸，與質量塊16另一邊平行的為Y軸，本發明在X方向上關于Y軸對稱，在Y軸方向上關于X軸對稱，在X軸方向上與Y軸方向上結構完全一樣。

如圖1，質量塊16通過連在其Y向側邊上的折疊梁I6與Y向的杠桿13相連，杠桿13中點通過錨點II15固定，杠桿13兩端通過驅動傳遞梁7與驅動框架梁3相連，驅動框架梁3通過兩端的折疊梁I6連接在錨點I8上；固定在驅動框架梁3上的驅動梳齒與固定在驅動電極4上的驅動梳齒構成驅動梳齒對5，使得驅動框架梁3通過杠桿13使質量塊16產生X向的往復運動；固定在驅動框架梁3上的其他驅動梳齒與固定在驅動檢測電極1的驅動靜梳齒構成驅動檢測梳齒對2，以完成驅動檢測。

質量塊16通過X向側邊的折疊梁II14與X向的杠桿13相連接；杠桿13中點通過錨點II15固定，杠桿13兩端通過敏感傳遞梁9與敏感框架梁12相連；敏感框架梁12通過兩端的折疊梁I6與錨點I8相連；固定在敏感框架梁12上的敏感梳齒與固定在敏感檢測電極10上的靜梳齒構成敏感梳齒對11，以完成敏感方向的電容檢測。其中，折疊梁II14與杠桿13連接點距錨點II15為m0，錨點II15距杠桿13端點的距離為m1。

本發明提出的是一種電容檢測杠桿放大的微機械全對稱陀螺，其工作原理為：當在驅動電極4上加上周期性電壓信號時，在驅動梳齒5的靜電力作用下，通過驅動框架梁3連接的杠桿13傳遞驅動力，再通過折疊梁II14使驅動質量塊16沿X方向周期性往復運動。如果陀螺在繞Z軸方向有角速度ω輸入時，在Y軸方向上會產生科氏力，使質量塊16沿Y軸方向產生位移d0，該位移通過折疊梁II14對杠桿13的折疊梁II14與杠桿的連接點產生作用力，在杠桿13的作用下，杠桿13的兩端產生較大的位移d1(d1＞d0)，該位移通過敏感傳遞梁9作用傳遞到敏感框架梁12上，使敏感框架梁12在Y方向產生位移d1，從而在敏感檢測梳齒10上得到較大的電容變化量，獲得輸入角速度ω的信息。在理想情況下，杠桿對質量塊在Y方向的位移放大作用為m1/m0，即d1/d0＝m1/m0。

本發明采用的是全對稱結構，其有益效果是：1.對驅動方向，利用杠桿對驅動電壓產生的驅動力進行放大，較小的驅動電壓通過杠桿使質量塊16產生較大的位移，從而使質量塊16達到同樣的速度、位移需要的驅動力減小，即驅動電壓減小；2.對檢測方向，利用杠桿對質量塊在檢測方向產生的位移放大，使檢測電容的間距變化放大，增加了檢測電容靈敏度，3.驅動方向與敏感方向完全對稱，使驅動頻率與檢測頻率完全匹配，增大了靈敏度。

附圖說明

圖1：本發明提出的全對稱杠桿放大電容式微機械陀螺結構示意圖

圖中：1-驅動檢測電極，2-驅動檢測梳齒，3-驅動框架梁，4-驅動電極，5-驅動梳齒，6-折疊梁I，7-驅動傳遞梁，8-錨點I，9-敏感傳遞梁，10-敏感檢測電極，11-敏感檢測梳齒，12-敏感框架梁，13-杠桿，14-折疊梁II，15-錨點II，16-質量塊。

具體實施方式