[發明專利]一種集成化微PNT單元

有效

• 申請號: 201711128909.5
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN109781097B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 郭中洋;劉飛;盛潔;蘇翼;夏春曉;王登順;劉凱;崔健;林夢娜
• 申請（專利權）人: 北京自動化控制設備研究所
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;B81B7/02;B81B7/00
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 汝小龍

本發明屬于定位導航授時(PNT)領域，具體涉及一種集成化微PNT單元；包括中心微時鐘模塊和外側微慣性模塊；中心微時鐘模塊的錨點位于中心，錨點的外部分布有若干圓環，圓環與圓環之間均勻分布有徑向短梁，外電極分布在最外圍，工作時，通過靜電力作用和閉環反饋實現穩定控制，對外提供穩定的頻率信息；微慣性模塊的環形錨點位于中心，圓環位于外側，圓環與環形錨點之間均勻分布有組合梁，圓環的內、外側均勻分布有平面外電極和平面內電極、圓環上下表面分布有離面電極，實現X、Y、Z三軸向加速度輸入和X、Y、Z三軸向角運動輸入的敏感。本發明整體可通過MEMS平面工藝實現，不涉及微觀層面的多層堆疊和精密組裝，實現工藝較為簡單。

技術領域

本發明屬于定位導航授時(PNT)領域，具體涉及一種集成化微PNT單元。

背景技術

定位導航授時技術泛指一切用來獲取對象時空信息的技術，是社會經濟活動和軍事行動共同的基礎。基于慣性技術和時鐘技術的PNT單元具有自主、連續、隱蔽等特性，是克服衛星PNT技術在受阻擋以及強干擾等復雜環境下服務性能嚴重下降、甚至無法工作等問題的重要技術手段。

現有PNT單元大多基于傳統機械式、光學式陀螺等慣性器件，具有精度高、技術成熟的特點，但面臨體積大、成本高、復雜、維護難度大等問題。

近年來，微機電(Micro Electro Mechanical Systems，簡稱MEMS)技術在世界范圍內發展迅猛，以微電子和微機械工藝為基礎制造的MEMS陀螺和MEMS加速度計等器件，具有成本低、體積重量功耗小、集成性高及抗惡劣環境等突出優點，可用于實現小型輕質化的微PNT單元。然而，為實現PNT信息的獲取，單個微PNT單元通常需要三軸MEMS陀螺、三軸MEMS加速度計和一個時鐘，進而通常采用多層堆疊、正交型微組裝等方式將六個單軸慣性器件和時鐘進行集成裝配，工藝較為復雜，且不利于充分發揮體積、重量、功耗等優勢。

發明內容

針對上述現有技術，本發明的目的在于提供一種集成化微PNT單元，實現了三個軸向角運動和三個軸向加速度信息的敏感，克服了現有微PNT單元采用多軸集成、實現工藝較為復雜等問題。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案。

本發明一種集成化微PNT單元，該PNT單元包括中心微時鐘模塊和外側微慣性模塊；

所述微時鐘模塊包括中心錨點、時鐘圓環、徑向短梁和外電極；

中心錨點為圓柱實心結構，以中心錨點為中心，沿中心錨點徑向同心間隙均布設置多個時鐘圓環，時鐘圓環與中心錨點以及時鐘圓環之間通過多個徑向短梁連接，最外側時鐘圓環外側同心均布多個外電極，每2個相對布置的外電極構成一組時鐘外電極；

所述微慣性模塊包括環形錨點、組合梁、慣性圓環、平面外電極、平面內電極和下離面電極和上離面電極；

環形錨點設置在外電極外側，與外電極同心設置，以環形錨點為中心，沿環形錨點徑向同心布置慣性圓環，環形錨點和慣性圓環之間通過多個組合梁連接，慣性圓環內側和外側分別同心均布設置多個平面內電極和平面外電極，慣性圓環上端面上側設置上離面電極，慣性圓環下端面下側設置下離面電極。

進一步，所述中心錨點底面與外部封裝體相連，時鐘圓環上端面與中心錨點上端面齊平，時鐘圓環下端面懸空，外電極上端面與時鐘圓環上端面齊平；時鐘圓環一側的多個徑向短梁均布設置，時鐘圓環內外側之間徑向短梁交錯分布。

進一步，所述時鐘圓環一側設置4個徑向短梁，同側相鄰徑向短梁之間夾角為90°。

進一步，所述環形錨點下端面與外部封裝體相連，環形錨點上端面與外電極上端面齊平；

慣性圓環上端面與環形錨點上端面齊平，慣性圓環下端面懸空；