[發明專利]一種切向驅動雙差分蝶翼式硅微陀螺及其應用方法

有效

• 申請號: 201711286906.4
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN108020220B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 肖定邦;吳學忠;侯占強;周劍;卓明;徐強;徐向明;李文印
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01C19/5656
• 分類號: G01C19/5656
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

1.一種切向驅動雙差分蝶翼式硅微陀螺，其特征在于：包括由硅敏感結構（1）和玻璃電極板（2）組成的硅-玻璃雙層結構，所述硅敏感結構（1）包括外部框架（10），所述外部框架（10）內設有耦合彈簧結構（11）以及通過耦合彈簧結構（11）相連的兩個硅敏感子結構（12），兩個硅敏感子結構（12）相對耦合彈簧結構（11）對稱布置，所述硅敏感子結構（12）包括支撐梁（121）、四根懸臂梁（122）以及四個慣性質量塊（123），所述四個慣性質量塊（123）分別通過一根懸臂梁（122）連接到支撐梁（121）上，所述慣性質量塊（123）上設有均勻分布的驅動梳齒（124），所述玻璃電極板（2）上設有驅動電極（20）、檢測電極（21）以及電極焊盤（22），所述驅動電極（20）分別布置于驅動梳齒（124）的下方與慣性質量塊（123）構成驅動電容，所述檢測電極（21）布置于慣性質量塊（123）的下方且與慣性質量塊（123）構成檢測電容，且兩個硅敏感子結構（12）的檢測電容組成雙差分平板檢測電容，所述電極焊盤（22）與驅動電極（20）、檢測電極（21）連接導通。

2.根據權利要求1所述的切向驅動雙差分蝶翼式硅微陀螺，其特征在于：所述耦合彈簧結構（11）由菱形環（111）和連接梁（112）組成，所述菱形環（111）的一對角分別與外部框架（10）相連、另一對角分別通過一根連接梁（112）與一個硅敏感子結構（12）相連。

3.根據權利要求2所述的切向驅動雙差分蝶翼式硅微陀螺，其特征在于：所述菱形環（111）的一對角與外部框架（10）之間分別連接有折疊彈簧（113）。

4.根據權利要求3所述的切向驅動雙差分蝶翼式硅微陀螺，其特征在于：所述折疊彈簧（113）包括一個T字形部件和兩個環形部件，所述T字形部件兩側的端部各與一個環形部件相連，所述環形部件由端部相連的內外兩個杯狀部件組件，且外部的杯狀部件的外側與外部框架（10）相連、內部的杯狀部件的杯底內側中部與T字形部件一側的端部相連。

5.根據權利要求1所述的切向驅動雙差分蝶翼式硅微陀螺，其特征在于：所述外部框架（10）上位于支撐梁（121）的連接點外側設有應力釋放槽（125）。

6.根據權利要求1所述的切向驅動雙差分蝶翼式硅微陀螺，其特征在于：所述硅敏感子結構（12）中的四個慣性質量塊（123）分為圍繞支撐梁（121）對稱布置的兩對慣性質量塊（123），且兩對慣性質量塊（123）中位于支撐梁（121）同一側的慣性質量塊（123）之間呈軸對稱布置且對稱軸相對支撐梁（121）垂直布置。

7.根據權利要求1所述的切向驅動雙差分蝶翼式硅微陀螺，其特征在于：所述外部框架（10）上設有多個錨點（13），所述外部框架（10）通過錨點（13）和玻璃電極板（2）錨接形成硅-玻璃雙層結構。

8.根據權利要求6所述的切向驅動雙差分蝶翼式硅微陀螺，其特征在于：所述硅敏感子結構（12）的支撐梁（121）中部與耦合彈簧結構（11）連接形成一體。

9.根據權利要求1所述的切向驅動雙差分蝶翼式硅微陀螺，其特征在于：所述支撐梁（121）的橫截面為矩形。

10.一種權利要求1～9中任意一項所述切向驅動雙差分蝶翼式硅微陀螺的應用方法，其特征在于實施步驟包括：在通過驅動電極（20）驅動相對耦合彈簧結構（11）對稱布置的兩個硅敏感子結構（12）的同時，利用靜電負剛度效應，通過對單個硅敏感子結構（12）上的四個檢測電極（21）施加靜電電壓的方式來改變該硅敏感子結構（12）的剛度、從而減小該硅敏感子結構（12）對應的檢測模態頻率，使得切向驅動雙差分蝶翼式硅微陀螺的驅動模態的頻率處于兩個硅敏感子結構（12）的檢測模態頻率之間。