[实用新型]纳米光栅微机械陀螺

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种纳米光栅微机械陀螺，属微惯性导航技术领域。

背景技术

微机械陀螺是二十世纪八十年代初发展起来的军民两用高新技术，与传统的陀螺相比，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，因此在民用消费领域和现代国防领域具有广泛的应用前景，越来越受到人们的关注。

目前，微机械陀螺的检测方式主要有电容、压电等检测方式，电容检测式微陀螺具有低温度系数、低功耗、低噪声、灵敏度高、结构简单、易于与CMOS电路单片集成等优点。然而，传感器内部的寄生电容会对电容检测式微陀螺的性能带来一定的影响，为了减小寄生电容的影响，因此对接口电路的检测精度和抗干扰能力提出了较高的要求。压电检测式MEMS陀螺具有体积小、直接输出电压信号、易于与I C兼容等特点，但压电检测式MEMS陀螺的输出电压信号小，且压电材料的生长工艺复杂，不能进行高温操作。

纳米光栅对微位移进行检测具有高分辨率、低噪声的优点，其分辨率可达飞米级，噪声水平可接近热噪声极限，光通过双层纳米光栅时，当动光栅和定光栅发生水平或垂直相对位移，其光栅相对位置发生微小变化，进而导致衍射光强发生剧烈变化，通过此原理可获得飞米级的微位移检测分辨力，较现行电容检测精度至少高一个数量级，可以看出纳米光栅检测优势突出。

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，设计一种微机械陀螺的高灵敏的、用纳米光栅进行检测的装置，以大幅提高微机械陀螺仪的灵敏度和分辨率，使检测数据更准确。

技术方案

本实用新型主要结构由：上基板、键合框体、下基板、支撑框体、外质量块、内质量块、驱动机构、检测机构、动光栅、驱动磁体、检测磁体、定光栅组成；上基板1通过键合框体2与下基板3粘结牢固。

所述上基板1为方形，上基板1设有外质量块4、内质量块5、支撑框架15，外质量块4通过第一检测机构10、第二检测机构11、第三检测机构12、第四检测机构13与内质量块5连接，内质量块中央设有动光栅14，外质量块4通过第一驱动机构6、第二驱动机构7、第三驱动机构8、及第四驱动机构9与支撑框架15连接。

所述下基板3为方形，在下基板3左右对称设置驱动磁体16、检测磁体17，中央设有定光栅18。

所述驱动磁体16为质量块提供磁场，当外质量块4上与驱动磁体位置对应的导线通入交流电时，由安培力使驱动质量块在驱动方向上产生谐振。

所述检测磁体17为后部处理电路提供与驱动模态相关的电信号，当外质量块4沿驱动方向谐振时，外动质量块4上与检测磁体位置对应的导线切割磁感线，产生感应电流，由于驱动频率已知，不同的谐振位移量所产生的感应电流大小不同，由感应电流的大小控制驱动电压的大小可实现稳幅驱动的效果。

所述第一驱动机构6、第二驱动机构7、第三驱动机构8、及第四驱动机构9与第一检测机构10、第二检测机构11、第三检测机构12、第四检测机构13结构一样，同为回折梁结构，在联接块21的后部与联接块中部22位置连接，联接块22左部与弹性梁19连接右部与弹性梁20连接。

所述弹性梁与连接块构成的间隙为驱动方向的位移量，由于采用电磁驱动方式可较传统电容驱动方式设计较大的位移量，在感应相同角速率输入时可获得更大的柯式力。

所述动光栅14与定光栅18位置对应，通过干法刻蚀技术生成，动光栅14由多个动光栅栅线23与动光栅栅线狭缝a组成，定光栅18有多个定光栅栅线24与定光栅栅线狭缝b组成。

有益效果

本实用新型与背景技术相比具有明显的先进性，此检测装置是采用整体结构设计，结构设计合理，适合器件的微型化；采用电磁驱动方式，具有驱动方向位移大，柯式效应明显的优势。采用纳米光栅检测方式，内质量块设置动光栅，正对于下基板设置的定光栅，可比现行电容检测精度至少高一个数量级，检测数据可靠性好、灵敏度高，是十分理想的角速率检测装置。

附图说明

图1为整体结构图

图2为整体结构主视图

图3为上基板结构示意图

图4为上基板俯视图

图5为键合框体结构示意图

图6为下基板俯视图

图7为下基板主视图

图8为下基板左视图

图9为回折梁俯视图