[實用新型]基于莫爾條紋檢測的自解耦微陀螺裝置

有效

• 申請號: 201721111964.9
• 申請日: 2017-09-01
• 公開（公告）號: CN207197534U
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 李孟委;耿浩;梁洲鑫;李秀源;吳倩楠
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01C19/5656
• 分類號: G01C19/5656;G01B11/02
• 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自解耦微陀螺裝置，屬航空飛行器的測量儀器儀表零部件的相關領域。

背景技術

陀螺儀是一種能夠敏感載體角速度的慣性器件，在姿態控制和導航定位等領域有著非常重要的作用。

對于硅微陀螺儀而言，正交誤差是影響其性能的重要因素。在理想情況下，當沒有角速度輸入時，單純的驅動運動不會耦合到檢測方向，相似地，單純的檢測運動也不會導致驅動方向的運動。但是由于加工誤差的必然存在，在沒有解耦的情況下，驅動運動和檢測運動之間會相互影響，即使在沒有角速度輸入的情況下，檢測方向也會存在位移，這就是正交誤差產生的主要原因。在有角速度輸入時，檢測運動也會帶動驅動機構運動，進而導致驅動運動的不穩定。本實用新型設計的解耦結構是一種減少驅動和檢測模態之間相互影響的有效方式。解耦的原理就是通過合理地選擇和布局支承梁、驅動機構、檢測機構及質量塊，用以限制驅動機構只沿驅動方向運動，限制其檢測方向、平面外方向等其它方向的運動，同時限制檢測機構只沿檢測方向運動，限制其驅動方向、平面外方向等其它方向的運動，從而有效地減少耦合誤差。

按照傳感器檢測方式的不同，微機械陀螺儀有電容檢測式、壓電檢測式等多種類型。在眾多檢測方式中，以電容檢測式微機械陀螺儀的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電容檢測式微陀螺的性能帶來一定的影響，為了減小寄生電容的影響，因此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陀螺，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微機械陀螺。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。但未見其運用于微機械陀螺領域。

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，設計一種采用莫爾條紋檢測的自解耦微機械陀螺裝置，以大幅度降低微陀螺儀的耦合誤差，提高檢測精度，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：下基板、定光柵、驅動磁體、檢測磁體、鍵合框體、上基板、驅動機構、檢測機構、驅動質量塊、檢測質量塊、動光柵組成；下基板3通過鍵合框體2與上基板1粘結牢固。

所述上基板1為矩形，中心設置驅動質量塊20，在驅動質量塊20前后設有驅動機構14、15、16、17，左右設置檢測質量塊18、19，檢測質量塊前后設有檢測機構10、11、12、13，檢測質量塊18、19中心位置分別設有動光柵4、5。

所述鍵合框體2，用于連接固定上下基板，并為定光柵6、7和動光柵4、5提供光柵間隙c。

所述下基板3為矩形，左右對稱設置驅動磁體9、檢測磁體8、并粘結牢固，定光柵6、7。

所述驅動機構14、15、16、17與檢測機構10、11、12、13同為回折梁結構，主要結構由：聯接塊24、25，彈性梁22、23組成。

激光光源，激光光源位于定光柵中心正下方，用于為光柵敏感結構提供穩定波長和功率的光源；

光電探測器，光電探測器件位于可動光柵中心正上方，用于檢測透過光柵幅的光束強度變化，并將光強變化轉換為電信號；

信號檢測模塊，信號檢測模塊將電信號轉化為對應的角速度信號。

有益效果

根據本實用新型實施例的微機械陀螺儀，采用整體對稱結構設計，結構設計緊湊合理，既能充分利用空間，又能抑制驅動對檢測的影響，適合器件的自解耦和微型化。中心的驅動質量塊在電磁力的作用下水平諧振，當有角速度輸入時，質量塊帶動可動光柵發生檢測方向位移，導致兩層光柵水平相對位置發生變化，透射光強將發生劇烈變化，由光電探測器將該變化轉化為電信號。相對于電容式檢測，光學效應可以將微機械陀螺儀的靈敏度提高1-2個數量級。除以上特點外，該微陀螺應用電磁驅動，避免了復雜的梳齒結構，增加了驅動位移從而使得柯氏效應更加明顯，且光學檢測電路較電容式的設計簡單、可靠性好、抗電磁干擾能力強。

附圖說明

圖1為整體結構局部剖視圖；

圖2為整體結構示意圖；

圖3為整體結構主視圖；

圖4為上基板結構示意圖；

圖5為上基板俯視圖；

圖6為鍵合框體結構示意圖；

圖7為下基板俯視圖；

圖8為下基板左視圖；

圖9為下基板主視圖；