[实用新型]基于莫尔条纹检测的离心式三轴角速率传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于莫尔条纹检测的离心式三轴角速率传感器，属微惯性导航技术相关领域。

背景技术

微机械角速率传感器是二十世纪八十年代初发展起来的军民两用高新技术，与传统的角速率传感器相比，它具有体积小、功耗低、成本低、易批量化生产、灵敏度高、抗过载能力强、动态范围大和可集成性好等优点，可嵌入电子、信息与智能控制系统中，使得系统体积和成本大幅下降，总体性能大幅提升，符合产品信息化发展方向. 此外，随着MEMS技术的不断提高，测量全空间角速率的单片集成三轴角速率传感器已成为发展的必然趋势。

目前，微机械角速率传感器主流方式是通过电容极板带动质量块谐振或角振动，但是由于加工工艺存在误差，使得角速率传感器无法达到最初设计时的对称性，由结构误差产生的驱动模态能量耦合到检测模态会直接使输出产生较大噪声，而补偿由加工带来的误差一般为表头放置检测模块由次级电路输出相应补偿，这样给次级处理电路设计带来巨大难题，成本较高。另外，谐振式微机械角速率传感器受到外部振动的干扰较大目前并未出现有效的片内解决方案。本设计采用离心力驱动质量块产生微位移，有效降低了由加工误差产生的正交耦合误差及由外部振动造成的输出失真。

按照传感器检测方式的不同，微机械角速率传感器有电容检测式、压电检测式等多种类型。在众多检测方式中，以电容检测式发展最为迅速并成为主流检测方式。但是，传感器内部的寄生电容会对性能带来一定的影响，为了减小寄生电容的影响，对接口电路的检测精度和抗干扰能力提出了较高的要求。并且电容式微机械陀螺的量程与精度为一对矛盾无法兼顾，因此必须研制适应高新技术的能突破极限状态的全新的微机械角速率传感器，本设计采用的莫尔条纹检测离心力产生的微位移，就是一种既拥有高位移灵敏度，又可兼顾大量程的新型角速率传感器。目前莫尔条纹已经广泛用于精密位移测量、自动定位、跟踪测试和光学信息处理等领域，但在角速率传感器未见报道。

现有技术中，一种基于电容检测方式的微机械离心式陀螺(申请号：CN201110190016.X)，本实用新型与之比较采用莫尔条纹检测方式，光栅细分电路的细分倍数及跟踪速度尚有很大提升空间，而电容检测的接口电路的分辨率已经处于检测极限，精度很难再往上提升；另外本实用新型设计的检测组合梁通过巧妙的梁设计可降低检测误差，结构简单，与其中心位置设有锚点，通过四组弹性梁连接四个质量块，在结构上完全不同，可以看出本实用新型的实用性和前景更加宽广。

实用新型内容

实用新型目的

本实用新型的目的就是针对背景技术的不足，设计一种微型角速率传感器的低噪声的、用光学莫尔条纹进行检测的装置，以大幅度降低角速率传感器的噪声水平，使检测数据更加准确、翔实、可靠。

技术方案

本实用新型主要结构由：上基板1、动光栅层2、定光栅层3、下基板4、光电探测器10、检测梁2041、联接块2042、质量块203、动光栅200、上下基板凸台11、41、激光光源401、导线组成；上基板1通过上基板凸台11与动光栅层2粘结牢固，动光栅层2通过支撑框架21与定光栅层3上表面粘结牢固，定光栅层3下表面与下基板4通过下基板凸台41粘结牢固。

所述上基板1为方形，材料为硅，前后左右对称设置四个光电探测器10，并粘结牢固，在第一光电探测器101左右分别设置导线，在第二光电探测器102前后分别设置导线。

所述动光栅层2为方形，包括支撑框架21和检测机构，支撑框架21通过联接块2042与敏感机构连接，敏感机构设有检测机构204、 205，质量块203，动光栅200，检测机构204、205通过检测梁2041 与质量块203联接，质量块203中心位置设置动光栅200。

所述检测机构204、205设有联接块2042，检测梁2041，其中检测梁2041、联接块2042串联构成折叠梁结构。

所述定光栅层3为方形，在定光栅层3的前后左右对称设置定光栅301、302。

所述的下基板4为方形，材料为硅，在下基板4的上表面前后左右对称设置四个激光光源40，并粘结牢固，激光光源40正负极由导线引出。

有益效果