[發明專利]一種內外桁架式三框架微機械陀螺結構

有效

• 申請號: 201110266837.7
• 申請日: 2011-09-01
• 公開（公告）號: CN102435185A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 余才佳;王剛;熊恒
• 申請（專利權）人: 中國航空工業第六一八研究所
• 主分類號: G01C19/5733
• 分類號: G01C19/5733;G01C19/5769
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

技術領域

本發明屬于微機械陀螺結構技術領域，涉及一種內外桁架式三框架微機械陀螺結構。

技術背景

中高精度微機械陀螺在國際上，已在慣性導航及制導領域廣泛應用。其中，制導用微機械陀螺要求具有大量程、高抗沖擊性等特點。這一類微機械陀螺包括梳齒線振動式、梳齒振動環式等，其中，梳齒線振動電容式正在成為一種主流結構。

梳齒線振動電容式陀螺結構核心為一個平面內振動的質量塊，核心原理都是通過靜電驅動力，使質量塊在平面內X方向振動，當感受到Z軸方向輸入的角速度時，在哥氏效應的作用下，質量塊受到Y方向哥氏力，從而推動質量塊在Y方向振動。通過檢測Y方向的振動幅值來對應計算輸入角速度。

根據驅動、檢測方向施加力的直接或間接方式，可分為多種結構。驅動方向有將驅動梳齒直接設計在質量塊上直接驅動方式；通過驅動外圍兩個分立質量塊，該外圍質量塊再驅動哥氏質量塊的間接驅動方式；以及外圍兩個質量塊整合成一個框架的整體式框架驅動方式。檢測方向也同樣分為類似的三種形式。直接驅動的方式的缺點包括質量塊在兩個方向振動，驅動方向容易耦合到檢測方向；由于質量塊兩個方向振動，使彈性梁受到非平行位移區間的力，增加彈性梁內應力，從而導致彈性不穩定等。

在三框架陀螺結構中，由于外框驅動框及內框驅動框均為無用質量塊，即內框及外框的質量越大，陀螺的性能就越低。因此，需要平衡內外框質量同中間框質量的比例。

即使使用了三框架的全解耦結構，由于加工工藝的非對稱性，仍然可能導致正交耦合誤差掩膜哥氏力檢測輸入信號的情況。因此，還需要設計減小正交耦合誤差的結構，比如臺階式電極、對稱差動電極結構等等。

發明內容

本發明的目的是提供一種耦合誤差小、靈敏度高、穩定性高的一種內外桁架式三框架微機械陀螺結構。

本發明的技術解決方案是：結構包括外框、內框及中間框，外框包括兩根分離塊和兩組桁架梁，其中每組桁架梁包括兩根折疊梁及一根桁架，每個分離塊的外部設有梳齒電極，每根桁架梁的兩端分別連接一個折疊梁，兩組桁架梁通過分離塊連接，形成外框，外框通過四根折疊梁固定在結構外端錨點上，外框左右兩部分通過桁架連接成完整框架；中間框的兩端為分離式雙折疊梁，外框與中間框之間用分離式雙折疊梁連接；中間框同內框之間通過桁架式雙折疊梁連接，內框的內部設有梳齒電極，內框通過四根分離式雙折疊梁連接于陀螺結構內部的錨點上。

所述的外框、內框及桁架梁上均勻開有工藝孔。

所述的外框、內框及桁架梁上均勻開有工藝孔，工藝孔采用六邊形，并呈蜂窩狀排列。

所述的內框的內部設有梳齒電極，其變間隙梳齒采用梯形結構，梳齒根部采用臺階結構形式。

本發明的優點是：采用三框架的結構，形成全解耦模式，可以最小化驅動模態對檢測信號的耦合誤差；采用桁架結構將外部兩個分離質量塊連接為一個整體框架，可最小化外框質量，提高陀螺敏感度；采用六邊形工藝孔呈蜂窩狀排列，降低外框、內框及桁架的質量，并使其結構強度損失最小化；敏感電極形狀采用梯形，并設計臺階結構以減小耦合誤差。本發明可真空鍵合，并便于干法等離子深刻蝕(ICP)工藝等實現的微陀螺結構。

附圖說明

圖1是本發明整體結構示意圖；

圖2是本發明可動結構示意圖；

圖3是本發明六邊形工藝孔及排布示意圖，其中，a是內桁架上單排工藝孔，b是外桁架上雙排工藝孔，c是外框兩側驅動單元上的多排工藝孔；

圖4是本發明檢測電極臺階結構示意圖。

具體實施方式：

如圖1，2所示，本發明包括：外框為本陀螺結構的驅動部分，外框由分立在結構兩側的驅動單元1通過外框桁架梁9連接為一個完整的整體。外框上驅動力是由5a及5b電極及其對應在驅動單元1上的梳齒形成的變面積梳齒電極施加的。電極5a、5b及對應梳齒為驅動電極。電極6a、6b、6c、6d為驅動反饋電極，其中6a、6b并聯，6c、6d并聯已增大反饋電容值，左右兩隊電極形成差動電容。外框通過彈性梁8a、8b、8c、8d連接在固定錨點上，固定錨點是7a、7b、7c和7d。

中間框2為哥氏質量框，中間框2通過彈性梁10a、10b、10c、10d同外框連接，從而外框在X方向的驅動力可以驅動中間框在X方向做同樣幅值的振動。中間框2通過彈性梁11a、11b、11c、11d同內框3連接在一起。其中10a、10b、10c、10d水平(X方向)設計，11a、11b、11c、11d豎直(Y方向)方向設計。