[發明專利]一種基于隧道磁阻效應的微機械陀螺

有效

• 申請號: 201510043522.4
• 申請日: 2015-01-28
• 公開（公告）號: CN104567848B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 李孟委;王莉;李錫廣;劉雙紅;劉俊;唐軍
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01C19/5656
• 分類號: G01C19/5656;G01C19/5649
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司11401
• 代理人: 皋吉甫

1.一種基于隧道磁阻效應的微機械陀螺，其特征在于，包括：鍵合基體、永磁體及微陀螺角速度敏感體，所述鍵合基體幾何中心處具有一凹槽，所述永磁體設置在上述凹槽中心位置；所述微陀螺角速度敏感體設置在永磁體相反于鍵合基體的一側，并所述微陀螺角速度敏感體固定在鍵合基體上；

所述微陀螺角速度敏感體包括對應設置在凹槽上方的靈敏測量體，所述靈敏測量體上表面設有隧道磁敏電阻、通孔及置梁槽，所述隧道磁敏電阻位于靈敏測量體上表面中心，并與永磁體位置對應，所述通孔及置梁槽均勻布置在隧道磁敏電阻四周，所述靈敏測量體可在凹槽中進行水平方向及豎直方向的運動；

所述微機械陀螺應用公式C_水平＝R₁(C₁+C₃+C_j)來計算陀螺水平方向阻尼，應用公式C_豎直＝R₂(C₂+C₃+C_j)來計算陀螺豎直方向阻尼，其中R₁及R₂為經驗系數，C₁為靈敏測量體與底板間的滑膜阻尼，C₂為靈敏測量體與底板間的壓膜阻尼，C₃為熱彈性阻尼；C_j為壓膜阻尼與滑膜阻尼的耦合阻尼；

所述計算靈敏測量體與底板間的滑膜阻尼，所述計算靈敏測量體與底板間的壓膜阻尼，所述計算熱彈性阻尼；

應用計算靈敏測量體與底板間的壓膜阻尼與滑膜阻尼的耦合阻尼，其中S為靈敏測量體面積，S_n為通孔面積，S₁為置梁槽面積，N為通孔數量，滿足其中K為≥1的正整數，所述d為靈敏測量體與永磁體的間距，所述μ為氣體的粘度系數所述m為靈敏測量體的質量，Q_T為熱彈性阻尼的品質因數，ω為靈敏測量體的振動頻率，L為靈敏測量體的長。

2.根據權利要求1所述的微機械陀螺，其特征在于，所述水平方向的經驗系數R₁取值范圍為2.0～2.1，豎直方向的經驗系數R₂取值范圍為1.0～1.12，靈敏測量體上下兩側面為正方形，并正方形面積S的取值范圍為3000μm*3000μm～4000μm*4000μm，所述通孔為正方形通孔，并通孔面積S_n的取值范圍為75μm*75μm～100μm*100μm，所述置梁槽為長方矩形，并面積S₁取值范圍700μm*480μm～1000μm*650μm。

3.根據權利要求1所述的微機械陀螺，其特征在于，所述鍵合基體包括基板及墊層框體，所述墊層框體為方形中空框體，所述墊層框體下側與基板鍵合連接并且共同形成方形凹槽；所述的永磁體為多層結構。

4.根據權利要求3所述的微機械陀螺，其特征在于，所述微陀螺角速率敏感體進一步包括：

定齒電極正極，所述的定齒電極正極為兩個，分別置于墊襯框體左、右邊框的上表面并粘結牢固，并且該正極上表面設定齒，并粘結牢固；

定齒電極負極，所述的定齒電極負極為靈敏測量體左、右兩側動齒的電極，所述定齒電極負極與定齒電極正極在同一平面，置于墊襯框體前、后邊框上表面，粘結牢固，并且定齒電極負極的上表面設固定座，并粘結牢固；

組合梁，所述的組合梁由驅動梁、檢測梁、連接塊構成，用于連接固定座和靈敏測量體。

5.根據權利要求4所述的微機械陀螺，其特征在于，所述的定齒電極正極上設有定齒的基座；所述的定齒電極負極上設有所述的固定座，固定座有前、后兩個，分別置于兩個定齒電極負極上表面，并通過組合梁與靈敏測量體相連接；所述靈敏測量體上表面的隧道磁敏電阻通過隧道磁敏電阻引出線與隧道磁敏電阻引線焊盤相連；所述靈敏測量體上表面兩側對稱位置設有兩根反饋導線，反饋導線端部經組合梁與固定座上表面的反饋導線引線焊盤相連接；固定座與組合梁相連接部位的上表面設有隧道磁敏電阻引線焊盤和反饋導線引線焊盤。

6.根據權利要求4所述的微機械陀螺，其特征在于，所述的靈敏測量體為方形；所述的靈敏測量體前、后對稱位置分別通過組合梁與固定座相連接；所述置梁槽設置在靈敏測量體的四角處，在所述靈敏測量體上設有隧道磁敏電阻及其引出線分布處分別設置通孔。