[发明专利]具有“回”型槽结构压电振子的全固态双轴陀螺仪

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微机电技术领域的微陀螺，具体地说，涉及的是一种具有“回”型槽结构压电振子的全固态双轴陀螺仪。

背景技术

陀螺是姿态控制和惯性制导的核心器件，惯性技术的发展以及卫星、导弹等制导需求的提高、要求陀螺向功率小、寿命长、体积小、能适应各种恶劣环境的方向发展。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利“压电陀螺元件和压电陀螺仪”(专利申请号为：200510131905.3)提到可以通过压电材料的棱柱状振动体的结构，来检测2轴方向上的角速度。截面为矩形的棱柱状的压电振动体一端固定，在其第1侧面上形成第1驱动电极，在第2侧面上形成在宽度方向上分离的第2～第4驱动电极，带相位差地向各驱动电极施加驱动电流，使压电振动体振动，其另一端做圆周运动。在与其振动的旋转中心轴正交的方向上作用有扭矩时，从压电振动体的第1侧面上形成的第1检测电极和第2侧面上形成的第2检测电极输出由此产生的压电振动体的挠度，从而检测2轴方向上的角速度。

此技术存在如下不足：首先，驱动电路要求多次移相，有些驱动电路还包括振幅检测电路、AGC电路、对控制要求高，且电路复杂，干扰大，噪声多、难以得到理想的的驱动信号。其次，通过向四个不同的电极上施加相位不同的四相驱动信号来使压电体自身产生圆周运动作为参考运动，规则的圆周运动难以得到准确的实现，增大了角速度检测的误差。要保证压电体转动得到高速圆周运动，功耗大。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足，提出一种具有“回”型槽的全固态双轴压电振子陀螺仪。它利用压电振子特有的模态下的特殊振动方式，实现陀螺双轴敏感。用这种特殊振动作为振动陀螺的参考振动，工作时不需要精确的高速圆周转动，功耗低，且易准确实现。直接利用压电振子的压电效应得到的电压信号作为外界角速度的检测信号。本发明结构简单、不需真空封装、抗冲击性强、在恶劣环境下能很好地工作、具有便于固定的节点、且加工工艺易实现。另外，本发明设置模态检测电极，可以检测工作状态是否准确，减小理论与实际器件的误差，驱动简单便捷。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括压电振子、驱动电极、输出电极、模态检测电极、悬臂梁。

所述压电振子材料为压电材料，结构是具有两面正方形的长方体，两正方形的表面相互平行，为压电振子上表面、下表面，在压电振子上表面布置电极，直接连接压电振子上表面和压电振子下表面的面为长方形，在压电振子上表面和下表面各设有一个“回”型孔，“回”型孔的内外边界为两个正方形，两个“回”型孔为非通孔，分别在压电振子上表面、压电振子下表面构成两个槽形结构，这两个槽形结构的深度相同，位于压电振子下表面的“回”型孔的内外边与压电振子下表面的相应的四条最外边平行。两个悬臂梁分别设置在压电振子上表面中心处、压电振子下表面中心处，位于“回”型孔的中心，两个悬臂梁关于压电振子对称。

压电振子上表面最上侧的边为上表面第一边，压电振子上表面最右侧的边为上表面第二边，压电振子上表面最下侧的边为上表面第三边，压电振子上表面最左侧的边为上表面第四边；上表面第一边的中点与上表面第三边的中点的连线为上表面第一中心线，上表面第二边的中点与上表面第四边的中点的连线为上表面第二中心线。

所述驱动电极，包括上表面左下侧驱动电极、上表面右上侧驱动电极。

所述输出电极，包括上表面上侧输出电极、上表面右侧输出电极、上表面下侧输出电极、上表面左侧输出电极。

所述上表面左下侧驱动电极与上表面右上侧驱动电极位于上表面外框形成的正方形(即上表面第一边、上表面第二边、上表面第三边、上表面第四边组成的正方形)的一条斜对角线上；上表面上侧输出电极与上表面下侧输出电极位于上表面第一中心线上、上表面上侧输出电极与上表面下侧输出电极关于上表面第二中心线对称分布；上表面右侧输出电极与上表面左侧输出电极位于上表面第二中心线上、上表面右侧输出电极与上表面左侧输出电极关于上表面第一中心线对称分布；模态检测电极位于上表面的外框形成的正方形的另一条斜对角线上接近内框(即压电振子上表面“回”型结构的内四条边构成的结构)形成的正方形对角线端点处。该压电微陀螺仪结构的上下两侧分别有一个悬臂梁，经过分析验证在振动模态下其位移很小。因此选定两个悬臂梁的端点作为本发明微陀螺的节点，节点即为固定点。