[發明專利]一種壓電式轉速儀

有效

• 申請號: 201310217982.5
• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103308041A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 王寅;黃衛清;孫夢馨;丁慶軍
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01C19/56
• 分類號: G01C19/56
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及一種壓電式轉速儀，其屬于角度及角速度傳感器領域。

背景技術

利用壓電陶瓷壓電效應進行驅動，逆壓電效應進行感應的壓電式結構常用來實現角速度測量。由于其結構簡單，沒有轉動部件，可靠性高于普通陀螺靈敏度高、壽命長、而且起動時間短、耗電少、廉價等優點，常用作角速度傳感器，有廣闊的研發和應用前景。

固體波動陀螺是壓電陀螺用作角速度傳感器時的常用形式，現有的固體波動陀螺諧振子均為環形對稱結構，常見結構形式有環形、杯形和半球形。工作原理：通過壓電方式驅動，使固體波動陀螺的環向對稱諧振子激發出第一階模態，當有軸向角速度輸入時，諧振子在哥氏力的作用下產生與第一階模態呈45度角的第二階模態，諧振子的第二階模態的振動通過壓電感應方式輸出敏感信號經過電路和軟件處理即可得到輸入角速度。

固體波動陀螺的諧振子對整個陀螺的精度以及靈敏度都起到了至關重要的作用，因此，諧振子的結構設計以及加工方式都尤為關鍵。現有的固體波動陀螺的諧振子有著一些缺陷：第一，由于諧振子的結構特點，對加工精度提出了很高的要求，加工較為困難，成本也較高；第二，由于諧振子多為環形、杯形和半球形，在其表面不能黏貼壓電陶瓷，通常將陶瓷片黏貼在外部支撐結構上，不可避免的對輸入信號有影響。

因此，確有必要對現有技術進行改進以解決現有技術之不足。

發明內容

本發明提供提出一種新型壓電式轉速儀，其具有結構簡單、便于加工、成本低、輸入感應信號準確、且精度靈敏度高的特點。

本發明采用如下技術方案：一種壓電式轉速儀，所述壓電式轉速儀包括：

基座；

轉軸結構，所述轉軸結構固定于所述基座上，所述轉軸結構包括階梯軸、支撐板、軸承和軸承蓋，所述階梯軸包括階梯軸第一段、階梯軸第二段、階梯軸第三段及階梯軸第四段，所述支承板與所述基座固定連接，所述軸承通過軸承蓋固定于支撐板上，所述階梯軸第一段與階梯軸第三段與所述軸承固定連接；

壓電振動環結構，所述壓電振動環結構安裝于所述轉軸結構上，所述壓電振動環結構包括套筒以及設置于套筒內部的壓電作動模塊，所述套筒包括套筒本身和設置在套筒外表面的第一壓緊螺釘以及壓塊,所述套筒設置于所述階梯軸第二段上，所述壓電作動模塊包括振動環和振動環表面的壓電陶瓷片，所述振動環及壓電陶瓷片設置于所述套筒內部；

電刷結構，所述電刷結構固定于所述轉軸結構和基座上，所述電刷結構包括銅環、塑料襯墊、銅片、端蓋和接線底座，所述接線底座與基座固定連接，所述塑料襯墊套在階梯軸第四段上，所述銅環套在塑料襯墊上，所述塑料襯墊與銅環的組合通過所述端蓋壓緊于階梯軸第四段上，所述銅片與接線底座連接，所述銅片與銅環相接觸。

所述振動環外部為正八邊形，在所述八個外表面中部分別貼有一塊壓電陶瓷片。

所述壓電陶瓷片中每相對的兩片設置為一組，連接出一根電線，所述同一組中的兩塊壓電陶瓷片以反向的方式黏貼于環上，所述壓電陶瓷片中軸線相互垂直的兩組壓電陶瓷片的黏貼方式亦相反。

所述套筒外表面為圓筒狀，內部設置為可將帶有壓電陶瓷片的振動環嵌入的半通孔，所述套筒上鑲嵌壓電陶瓷片的位置設有方形區域，在所述的方形區域內設置有壓塊，自所述套筒方形區域內表面向外鉆出螺紋孔，所述壓電式轉速儀還包括有自外部安裝于所述螺紋孔中的通過壓緊壓塊進而壓緊振動環的第一壓緊螺釘。

所述階梯軸上設置有軸中心孔，所述階梯軸第二段上設有沿徑向的第一通孔，所述第一通孔用以實現從壓電陶瓷片接出的線的連接，所述階梯軸第四段上設有三個沿徑向的第二通孔，所述第二通孔用以實現電線與銅環的連接。

所述塑料襯墊由兩個直徑不同的圓環組成，所述直徑較大的圓環上沿徑向打小孔用以將電線接出，所述直徑較小的圓環上設置有銅環，所述直徑較小的圓環的厚度小于銅環厚度。

本發明具有如下有益效果：

（1）本發明的整體結構簡單，各零件加工難度較小，連接方便；

（2）用作諧振子的外八邊形內圓環的振動環結構，作為壓電式轉速儀運作的關鍵部分，需要較高的加工精度，由于其外形對稱，并且外表面為平面與其外部的套筒內部基本切合，所以大大降低了加工要求，節約了制造成本；

（3）本發明的作為諧振子采用外八邊形內圓環結構，壓電陶瓷片直接貼在環形結構八個外表面上，避免了像傳統固體波動陀螺一樣通過環形結構下部的支撐梁結構傳遞振動，大大提高了振動幅度，機械品質因數大于傳統陀螺；