[发明专利]一种微型四通道循环流式三轴硅射流陀螺

说明书

技术领域

本发明属于利用哥氏力偏转射流敏感体检测运动体角速度姿态参数的技术领域，尤其是涉及一种微型四通道循环流式三轴硅射流陀螺。

背景技术

目前，以微机械振动陀螺为代表的微型陀螺，敏感元件是由不同结构的振动部件构成，不仅在稍高加速冲击下容易断裂或损坏，而且在制作过程中为了减少阻尼需要真空封装使得其工艺复杂，造成长时间工作时会产生疲劳损坏。相比之下，射流陀螺不需要振动部件，结构简单，有能承受高过载、寿命长和成本低等其它陀螺难以媲美的优点，其应用范围更广泛。中国专利89105999.7提出的高灵敏度压电射流角速度传感器(射流陀螺的一种)，它由敏感器件的壳体、喷嘴体、敏感元件、压电泵、泵座、碟簧、锁紧螺母和外部电路系统以及机械系统组成，这种一维角速度传感器的敏感元件是用铜、铝或不锈钢等材料利用传统机械加工制作，敏感元件体积大，功率高，不能用于微型载体姿态测量和控制领域，它的热线是手工焊接，很难保证热线的平行度和垂直度，因此交叉耦合大，一致性差，很难批量生产，成本高。在现有技术中用硅片制作射流网络通常采用MEMS工艺在一个硅圆片的表面腐蚀出气流通道，由于硅片的厚度只有500μm左右，因此射流网络深度一定小于硅片的厚度，因此射流网络的尺度很小，气体容量小，与热线的热交换少，陀螺灵敏度会很小，无法实用化。在现有技术中在硅圆片上实现压电泵驱动气体流动通常将压电泵振子有效变形面积与气流通道的截面积相对应，以便使压电泵振子的变形方向(振动方向)沿着硅圆片横向方向(与硅圆片表面垂直的截面积方向)与气流通道的长度方向一致，因此压电泵振子的大小往往小于1×1mm，这在实际工艺中很难实现粘接，同时由于压电泵振子尺寸过小，驱动气体的能力弱，气流速度小，陀螺灵敏度小。在现有技术中采用MEMS工艺在硅片上很难实现三维热线(热敏电阻)的制作，同时也很难形成三维射流敏感体，因此一个微型射流陀螺不能同时敏感三个方向的角速度，只能敏感一个方向上的角速度，如构成多自由度测量需要组合安装，由安装距离引起的误差大，成本也高。

因此，如何克服上述问题成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种微型四通道循环流式三轴硅射流陀螺，该射流陀螺用一个压电陶瓷圆振子驱动四通道循环流，不仅结构简单，寿命长，功耗低，同时实现了压电陶瓷圆振子变形方向和射流网络平面的转向，压电陶瓷圆振子的面积大，驱动能力强，射流速度大，射流陀螺的灵敏度高；且能同时敏感三个正交方向(X、Y、Z)角速度，多轴一体。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种微型四通道循环流式三轴硅射流陀螺，所述射流陀螺包括四通道循环流式三轴角速度敏感元件和PCB电路板，所述敏感元件和PCB电路板电连接，所述敏感元件包括PMMA上盖、上硅板、下硅板、PMMA底盖和压电陶瓷圆振子；其中，

所述压电陶瓷圆振子嵌入至所述PMMA上盖上；所述上硅板上设置有射流网络；所述下硅板上设置有射流网络和热线；所述PMMA上盖、上硅板、下硅板和PMMA底盖依次粘接构成所述敏感元件。

进一步，所述PMMA上盖的中心开设一圆形泵槽，在所述泵槽的中心开设一圆形泵孔，泵槽的边缘为一高度为PMMA上盖厚度1/4的台阶，将所述压电陶瓷圆振子粘接在所述台阶上。

进一步，所述上硅板与所述圆形泵孔对应处开设一形状尺寸与圆形泵孔相同的圆柱形泵腔，在所述泵腔圆周上等距离开口形成四个截面为倒梯形的排气孔，所述排气孔的末端为四个排气口；所述排气口外设置一圆环形排气室；以所述排气室的圆心为中心，在圆环形排气室的圆周上放射状交替均匀开设两组共八个长方形孔；其中，四个所述排气孔对应四个集流槽；与四个所述集流槽相邻的是四个上敏感射流孔，所述上敏感射流孔的始端与所述排气室相通；所述集流槽的末端和所述上敏感射流孔的末端由圆环形回流槽连通。

进一步，所述集流槽与所述排气室相通处做倒梯形过渡，与所述排气口对应，并在所述梯形过渡的短边扩张形成四个正方形的储气井，所述储气井的边长为倒梯形过渡的长边，所述集流槽的末端的宽度大于集流槽始端的宽度；所述上敏感射流孔的起始端宽度为所述集流槽的4倍，上射流敏感孔的宽度沿其轴线逐渐加大，在上射流敏感孔的长度为集流槽长度的3/5处做一倒梯形过渡，所述倒梯形的短边的宽度与所述排气室的宽度一致，短边向所述圆环形回流槽延伸形成四个长方形喷嘴孔，所述长方形喷嘴孔的长度为上敏感射流孔长度的1/10。