[實用新型]基于莫爾條紋檢測的離心式三軸角速率傳感器

有效

• 申請號: 201721084932.4
• 申請日: 2017-08-28
• 公開（公告）號: CN207197536U
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 李孟委;梁洲鑫;耿浩;李秀源;吳倩楠
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01C19/574
• 分類號: G01C19/574
• 代理公司: 深圳市興科達知識產權代理有限公司44260
• 代理人: 楊小東

技術領域

本實用新型涉及一種基于莫爾條紋檢測的離心式三軸角速率傳感器，屬微慣性導航技術相關領域。

背景技術

微機械角速率傳感器是二十世紀八十年代初發展起來的軍民兩用高新技術，與傳統的角速率傳感器相比，它具有體積小、功耗低、成本低、易批量化生產、靈敏度高、抗過載能力強、動態范圍大和可集成性好等優點，可嵌入電子、信息與智能控制系統中，使得系統體積和成本大幅下降，總體性能大幅提升，符合產品信息化發展方向. 此外，隨著MEMS技術的不斷提高，測量全空間角速率的單片集成三軸角速率傳感器已成為發展的必然趨勢。

目前，微機械角速率傳感器主流方式是通過電容極板帶動質量塊諧振或角振動，但是由于加工工藝存在誤差，使得角速率傳感器無法達到最初設計時的對稱性，由結構誤差產生的驅動模態能量耦合到檢測模態會直接使輸出產生較大噪聲，而補償由加工帶來的誤差一般為表頭放置檢測模塊由次級電路輸出相應補償，這樣給次級處理電路設計帶來巨大難題，成本較高。另外，諧振式微機械角速率傳感器受到外部振動的干擾較大目前并未出現有效的片內解決方案。本設計采用離心力驅動質量塊產生微位移，有效降低了由加工誤差產生的正交耦合誤差及由外部振動造成的輸出失真。

按照傳感器檢測方式的不同，微機械角速率傳感器有電容檢測式、壓電檢測式等多種類型。在眾多檢測方式中，以電容檢測式發展最為迅速并成為主流檢測方式。但是，傳感器內部的寄生電容會對性能帶來一定的影響，為了減小寄生電容的影響，對接口電路的檢測精度和抗干擾能力提出了較高的要求。并且電容式微機械陀螺的量程與精度為一對矛盾無法兼顧，因此必須研制適應高新技術的能突破極限狀態的全新的微機械角速率傳感器，本設計采用的莫爾條紋檢測離心力產生的微位移，就是一種既擁有高位移靈敏度，又可兼顧大量程的新型角速率傳感器。目前莫爾條紋已經廣泛用于精密位移測量、自動定位、跟蹤測試和光學信息處理等領域，但在角速率傳感器未見報道。

現有技術中，一種基于電容檢測方式的微機械離心式陀螺(申請號：CN201110190016.X)，本實用新型與之比較采用莫爾條紋檢測方式，光柵細分電路的細分倍數及跟蹤速度尚有很大提升空間，而電容檢測的接口電路的分辨率已經處于檢測極限，精度很難再往上提升；另外本實用新型設計的檢測組合梁通過巧妙的梁設計可降低檢測誤差，結構簡單，與其中心位置設有錨點，通過四組彈性梁連接四個質量塊，在結構上完全不同，可以看出本實用新型的實用性和前景更加寬廣。

實用新型內容

實用新型目的

本實用新型的目的就是針對背景技術的不足，設計一種微型角速率傳感器的低噪聲的、用光學莫爾條紋進行檢測的裝置，以大幅度降低角速率傳感器的噪聲水平，使檢測數據更加準確、翔實、可靠。

技術方案

本實用新型主要結構由：上基板1、動光柵層2、定光柵層3、下基板4、光電探測器10、檢測梁2041、聯接塊2042、質量塊203、動光柵200、上下基板凸臺11、41、激光光源401、導線組成；上基板1通過上基板凸臺11與動光柵層2粘結牢固，動光柵層2通過支撐框架21與定光柵層3上表面粘結牢固，定光柵層3下表面與下基板4通過下基板凸臺41粘結牢固。

所述上基板1為方形，材料為硅，前后左右對稱設置四個光電探測器10，并粘結牢固，在第一光電探測器101左右分別設置導線，在第二光電探測器102前后分別設置導線。

所述動光柵層2為方形，包括支撐框架21和檢測機構，支撐框架21通過聯接塊2042與敏感機構連接，敏感機構設有檢測機構204、 205，質量塊203，動光柵200，檢測機構204、205通過檢測梁2041 與質量塊203聯接，質量塊203中心位置設置動光柵200。

所述檢測機構204、205設有聯接塊2042，檢測梁2041，其中檢測梁2041、聯接塊2042串聯構成折疊梁結構。

所述定光柵層3為方形，在定光柵層3的前后左右對稱設置定光柵301、302。

所述的下基板4為方形，材料為硅，在下基板4的上表面前后左右對稱設置四個激光光源40，并粘結牢固，激光光源40正負極由導線引出。

有益效果