[發明專利]上下貫通支撐的玻璃金屬半球諧振微陀螺

有效

• 申請號: 201410390485.X
• 申請日: 2014-08-08
• 公開（公告）號: CN104197919B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 張衛平;汪濙海;唐健;劉亞東;成宇翔;孫殿竣;陳文元
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01C19/5691
• 分類號: G01C19/5691
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 徐紅銀,郭國中

技術領域

本發明涉及一種微機電技術領域的半球諧振陀螺，具體地，涉及一種上下貫通支撐的玻璃金屬半球諧振微陀螺。

背景技術

陀螺儀是一種能夠敏感載體角度或角速度的慣性器件，在姿態控制和導航定位等領域有著非常重要的作用。隨著國防科技和航空、航天工業的發展，慣性導航系統對于陀螺儀的要求也向低成本、小體積、高精度、多軸檢測、高可靠性、能適應各種惡劣環境的方向發展。基于MEMS技術的微陀螺儀采用微納批量制造技術加工，其成本、尺寸、功耗都很低，而且環境適應性、工作壽命、可靠性、集成度與傳統技術相比有極大的提高，因而MEMS微陀螺已經成為近些年來MEMS技術廣泛研究和應用開發的一個重要方向。

經對現有技術的文獻檢索發現,中國專利“固體波動陀螺的諧振子及固體波動陀螺”(專利申請號：CN201010294912.6)利用高性能的合金通過機械精密加工的方法制作出具有杯形振子的固體波動陀螺，杯形振子底盤上粘結有壓電片作為驅動和檢測電極，通過在驅動電極上施加一定頻率的電壓信號，對杯形振子施加壓電驅動力，激勵振子產生驅動模態下的固體波，當有杯形振子軸線方向角速度輸入時，振子在科氏力作用下向另一簡并的檢測模態固體波轉化，兩個簡并模態的固體波之間相位相差一定的角度，通過檢測杯形振子底盤上檢測電極輸出電壓的變化即可檢測輸入角速度的變化。

此技術存在如下不足：該固體波動陀螺杯形諧振體體積過大，限制了其在很多必須小體積條件下的應用；杯形振子底盤的壓電電極是粘結到杯形振子上的，在高頻振動下存在脫落的可能，可靠性不高；陀螺的加工工藝比較復雜，加工成本較高，不適合大批量生產；陀螺驅動模態和檢測模態頻率分裂較大，致使陀螺的帶寬較大，品質因數很難提高；陀螺固定方式不穩定，難以適應需要高可靠性的場合。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種上下貫通支撐的玻璃金屬半球諧振微陀螺，該陀螺結構簡單、加工方便、高Q值、抗沖擊能力好、利于真空封裝等特點。

為實現以上目的，本發明提供一種上下貫通支撐的玻璃金屬半球諧振微陀螺，包括：

一個長方體基體；

一個半球諧振體；

一根位于基體中央的支柱；

一個存在于支柱周圍的空腔；

八個在基體外圍對稱分布的電極；

一個頂部支撐體；

一個頂部支撐柱；

其中：所述半球諧振體的材料為玻璃金屬；所述半球諧振體受到所述支柱和所述頂部支撐體固定，位于所述空腔中；所述長方體基體和所述頂部支撐體通過鍵合連接在一起；所述電極對稱分布于長方體基體外圍，用于施加電壓對所述半球諧振體進行驅動，以及檢測垂直于所述半球諧振體上表面的角速度；頂部支撐柱位于頂部支撐體中央，用于固定半球諧振體。

本發明利用半球諧振體的特殊模態即驅動模態與檢測模態作為參考振動；通過在八個電極中相對的兩個電極上施加正弦交流電壓，由靜電力將半球諧振體激勵至在驅動模態振動；當有垂直于半球諧振體上表面的角速度輸入時，在科氏力的作用下，半球諧振體的諧振方式會從驅動模態向檢測模態變化，半球諧振體在檢測模態下的振動將使與上述施加電壓的電極相鄰的電極與半球諧振體間的電容發生變化，將這兩個與施加電壓的電極相鄰的電極作為檢測電極；通過檢測上述電容變化，檢測垂直于半球諧振體上表面的角速度的大小；所述驅動模態和檢測模態模態匹配。

與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：

1、加工工藝為平面微細加工工藝，加工方便，利于批量生產；

2、除了底部支柱支撐外，還加上頂部支撐結構進行支撐，使得諧振體更加穩定；

3、諧振體的支撐方式使其結構剛度增加，使得諧振體Q值增加，提高了檢測靈敏度，這對輸出信號較弱的固態陀螺來講十分重要；

4、上下共同支撐方式使陀螺結構具有更大的的抗沖擊能力，使陀螺具有較好的抗沖擊性；

5、基體和頂部支撐體鍵合后將陀螺封閉在一個封閉空間內，有利于在真空環境下的應用。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：

圖1為本發明一較優實施例的立體結構示意圖；

圖2為本發明一較優實施例的長方體基體1上視圖；

圖3為本發明一較優實施例的半球諧振體2正面試圖；

圖4為本發明一較優實施例的半球諧振體2背面試圖；

圖5為本發明一較優實施例的工藝流程圖；