一种基于柔性连接的双质量解耦硅微陀螺仪制造技术

本发明专利技术公开了一种基于柔性连接的双质量解耦硅微陀螺仪，包括设有电信号引出线的基座和置于基座上的微陀螺机械结构层；微陀螺机械结构层包括第一子结构、第二子结构和子结构连接装置，第一子结构和第二子结构通过子结构连接装置连接；本发明专利技术为减小温度和应力对整个微陀螺的影响，采用了完全相同的两个子结构，两个子结构左右对称布置，运动方式为x-y平面内的线运动；采用子结构连接装置，使左右两个子结构成为一个整体，保证了左右两个子结构运动频率的一致性，且子结构连接装置的设计保证了驱动运动和检测运动的隔离，实现了结构运动的全解耦；子结构连接装置保证了陀螺仪驱动运动和检测运动时两个子结构的驱动部分和检测部分分别为相向的线运动。

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性连接的双质量解耦硅微陀螺仪
本专利技术涉及一种基于柔性连接的双质量解耦硅微陀螺仪，属于微电子机械和微惯性测量领域。
技术介绍
硅微机械陀螺仪是在微机电系统技术的基础上发展起来的一种新型陀螺仪,微机电系统技术作为微电子平面加工工艺和硅微机械加工技术结合的产物，是微电子技术的拓展和延伸，把传感和检测单元有机地融合到了一体，不仅继承了微电子技术批量化生产的特点，而且使传感器的体积大大缩小，硅微机械陀螺仪以其体积小、重量轻、功耗低、集成度高、抗过载能力强等优点，受到广泛的关注。微机械陀螺在军事、民用领域具有广阔的应用前景。可应用于汽车牵引控制系统、行驶稳定系统、摄像机稳定系统、飞机稳定系统以及军事等领域。20世纪80年代末，随着微机械加工技术的出现和发展，世界上各个国家大幅开展针对硅微机械振动陀螺仪的研究，其中美国、英国、德国、日本、韩国等在这方面研究水平走在世界的前列。其中大部分机构研究热点集中在电容式微机械陀螺仪的研制，研发的硅微陀螺仪采用单质量的结构形式以及不解耦或半解耦的设计方案。由于加工误差和结构设计等原因，电容式振动微机械陀螺仪存在易受机械耦合和轴向加速度影响、检测电容量低、灵敏度不高等缺点。
技术实现思路
专利技术目的：为克服现有技术不足，本专利技术旨于提供一种体积小、重量轻、精度高、动态性能好、能耗少、成本低、可靠性高、集成化的基于柔性连接的双质量解耦硅微陀螺仪。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种基于柔性连接的双质量解耦硅微陀螺仪，其特征在于，包括设有电信号引出线的基座和置于基座上的微陀螺机械结构层；微陀螺机械结构层包括第一子结构、第二子结构和子结构连接装置，第一子结构和第二子结构通过子结构连接装置连接；所述第一子结构和第二子结构为轴对称结构，第一子结构和第二子结构为结构相同的角速度测量子结构，包括质量块、驱动机构、检测机构和子结构固定基座；驱动机构有两个，分别设在质量块的上下两端、并分别通过固接U型折叠梁与质量块的上下两端连接；检测机构有四个，其中两个设在质量块上端的左右两侧并分别通过固接U型折叠梁与质量块上端的左右两侧连接，另外两个设在质量块下端的左右两侧并分别通过固接U型折叠梁与质量块下端的左右两侧连接；驱动机构和检测机构均通过子结构固定基座固定在基座上；所述的驱动机构为微型驱动电容机构，所述的微型驱动电容机构包括驱动活动梳齿架、驱动活动梳齿、驱动固定梳齿和驱动反馈固定梳齿；驱动活动梳齿有两个以上，等间距垂直设在驱动活动梳齿架上；驱动固定梳齿和驱动反馈固定均与活动梳齿的数量相等，每个驱动活动梳齿的两侧均分别配合有一个驱动固定梳齿和一个驱动反馈固定梳齿，每个驱动固定梳齿和驱动反馈固定梳齿均固定在基座上，所有驱动反馈固定梳齿连为一体结构；驱动活动梳齿架通过固接U型折叠梁与质量块连接；所述的检测机构为微型检测电容机构，所述的微型检测电容机构包括检测活动梳齿架、检测活动梳齿、检测固定梳齿正极和检测固定梳齿负极；检测活动梳齿有两个以上，等间距垂直设在检测活动梳齿架上；检测固定梳齿正极和检测固定梳齿负极均与检测活动梳齿的数量相等，每个检测活动梳齿的两侧均分别配合有一个检测固定梳齿正极和一个检测固定梳齿负极，每个检测固定梳齿正极和检测固定梳齿负极均固定在基座上，检测固定梳齿正极连为一体结构；检测活动梳齿架通过固接U型折叠梁与质量块连接。优选，子结构连接装置为轴对称结构，包括第一连接装置固定基座、第二连接装置固定基座、第三连接装置固定基座、第一梁间连接块、第二梁间连接块、第三梁间连接块、第四梁间连接块；第二梁间连接块和第四梁间连接块的一端分别通过固接平行梁连接在第三连接装置固定基座的两端；第二梁间连接块和第四梁间连接块的另一端分别通过活动U型折叠梁与第一子结构和第二子结构中部的一侧连接；第一子结构和第二子结构中部的另一侧分别与第一梁间连接块和第三梁间连接块的一端连接，第一梁间连接块和第三梁间连接块的另一端分别通过活动U型折叠梁与第一连接装置固定基座和第二连接装置固定基座连接，这样可进一步保证双质量振动式硅微陀螺仪的稳定性和灵敏性。优选，固接平行梁有四个，分别为第一固接平行梁、第二固接平行梁、第三固接平行梁和第四固接平行梁；第二梁间连接块的一端通过第一固接平行梁和第二固接平行梁与第三连接装置固定基座的一端连接；第四梁间连接块的一端通过第三固接平行梁和第四固接平行梁与第三连接装置固定基座的另一端连接；第一平行梁连接杆的两端分别与第一固接平行梁和第三固接平行梁的活动端连接，第二平行梁连接杆的两端分别与第二固接平行梁和第四固接平行梁的活动端连接。所述基座上设置有驱动输入引线、驱动反馈引线、检测信号引线正极和检测信号引线负极；驱动输入引线连通至驱动固定梳齿，驱动反馈引线连通至驱动反馈固定梳齿；检测信号引线正极连通至检测固定梳齿正极，检测信号引线负极连通至检测固定梳齿负极。本专利技术未提及的技术均为现有技术。本专利技术与现有技术相比，其有益效果是：(1)为减小温度和应力对整个微陀螺的影响，采用了完全相同的两个子结构，两个子结构左右对称布置，运动方式为x-y平面内的线运动；(2)采用子结构连接装置，使左右两个子结构成为一个整体，保证了左右两个子结构运动频率的一致性，且子结构连接装置的设计保证了驱动运动和检测运动的隔离，实现了结构运动的全解耦；(3)子结构连接装置保证了陀螺仪驱动运动和检测运动时两个子结构的驱动部分和检测部分分别为相向的线运动；(4)子结构内部采用U型折叠梁对驱动部分和检测部分进行隔离，实现了子结构内部驱动运动和检测运动的全解耦，且能够有效降低加工引入的残余应力，使微陀螺工作在梁的线弹性变形范围内，振动平稳，增大运动幅度，提高了检测灵敏度；(5)通过适当的引线方式，形成检测差动输出，不仅可以消除基座沿检测轴向的加速度干扰信号，由于温度等因素的影响也可通过差动输出减小到最低限度，从而提高整个陀螺的信噪比；(6)变重叠面积的梳齿驱动和检测电容的设计，能够充分利用空间，显著增大驱动和检测模态的品质因数，并提高微陀螺仪的灵敏度。附图说明图1是本专利技术基于柔性连接的双质量解耦硅微陀螺仪示意图；图2是本专利技术基于柔性连接的双质量解耦硅微陀螺仪子结构示意图；图3是本专利技术基于柔性连接的双质量解耦硅微陀螺仪子结构连接装置示意图；图4是本专利技术基于柔性连接的双质量解耦硅微陀螺仪的驱动机构示意图；图5是本专利技术基于柔性连接的双质量解耦硅微陀螺仪的检测机构示意图；图6是本专利技术基于柔性连接的双质量解耦硅微陀螺仪基座上的信号引线示意图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。结合图1、2，本专利技术基于柔性连接的双质量解耦硅微陀螺仪，用于测量垂直于微陀螺结构平面的输入角速度。微陀螺仪整体结构由两个部分构成，包括制作有电信号引出线的玻璃基座和置于玻璃基座上的微陀螺机械结构层。微陀螺仪上层机械结构由一对完全相同的第一子结构1a、第二子结构1b组成，第一子结构1a、第二子结构1b左右对称分布，并通过子结构连接装置2连接；第一子结构1a通过第一固接U型梁7a1和第二固接U型梁7a2与第一固定基座6a1相连，通过第六固接U型梁7a6与第三固定基座6a3连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于柔性连接的双质量解耦硅微陀螺仪，其特征在于，包括设有电信号引出线的基座和置于基座上的微陀螺机械结构层；微陀螺机械结构层包括第一子结构、第二子结构和子结构连接装置，第一子结构和第二子结构通过子结构连接装置连接；第一子结构和第二子结构为结构相同的角速度测量子结构，所述的角速度测量子结构为轴对称结构，包括质量块、驱动机构、检测机构和子结构固定基座；驱动机构有两个，分别设在质量块的上下两端、并分别通过固接U型折叠梁与质量块的上下两端连接；检测机构有四个，其中两个设在质量块上端的左右两侧、并分别通过固接U型折叠梁与质量块上端的左右两侧连接，另外两个设在质量块下端的左右两侧、并分别通过固接U型折叠梁与质量块下端的左右两侧连接；驱动机构和检测机构均通过固定基座固定在基座上。

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性连接的双质量解耦硅微陀螺仪，其特征在于，包括设有电信号引出线的基座和置于基座上的微陀螺机械结构层；微陀螺机械结构层包括第一子结构、第二子结构和子结构连接装置，第一子结构和第二子结构通过子结构连接装置连接；所述第一子结构和第二子结构为轴对称结构，第一子结构和第二子结构为结构相同的角速度测量子结构，包括质量块、驱动机构、检测机构和子结构固定基座；驱动机构有两个，分别设在质量块的上下两端并分别通过固接U型折叠梁与质量块的上下两端连接；检测机构有四个，其中两个设在质量块上端的左右两侧并分别通过固接U型折叠梁与质量块上端的左右两侧连接，另外两个设在质量块下端的左右两侧并分别通过固接U型折叠梁与质量块下端的左右两侧连接；驱动机构和检测机构均通过子结构固定基座固定在基座上；所述的驱动机构为微型驱动电容机构，所述的微型驱动电容机构包括驱动活动梳齿架、驱动活动梳齿、驱动固定梳齿和驱动反馈固定梳齿；驱动活动梳齿有两个以上，等间距垂直设在驱动活动梳齿架上；驱动固定梳齿和驱动反馈固定梳齿均与驱动活动梳齿的数量相等，每个驱动活动梳齿的两侧均分别配合有一个驱动固定梳齿和一个驱动反馈固定梳齿，每个驱动固定梳齿和驱动反馈固定梳齿均固定在基座上，所有驱动反馈固定梳齿连为一体结构；驱动活动梳齿架通过固接U型折叠梁与质量块连接；所述的检测机构为微型检测电容机构，所述的微型检测电容机构包括检测活动梳齿架、检测活动梳齿、检测固定梳齿正极和检测固定梳齿负极；检测活动梳齿有两个以上，等间距垂直设在检测活动梳齿架上；检测固定梳齿正极和检测固定梳齿负极均与检测活动梳齿的数量相等，每个检测活动梳齿的两侧均分别配合有一个检测固定梳齿正极和一个检测固定梳齿负极，每个检测固定梳齿正极和检测固定梳齿负极均固定在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨波，邓允朋，殷勇，戴波，王行军，胡迪，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32