一种基于PCB平面电极的半球谐振陀螺仪及其加工组装方法技术

本发明专利技术公开一种基于PCB平面电极的半球谐振陀螺仪及其加工组装方法，陀螺仪包括外筒、盖帽和主体结构，盖帽设在外筒顶端，主体结构设在外筒内；主体结构包括半球壳谐振子、PCB平面电极板、扇形电极、电极引线、谐振器固定座和固定托盘；半球壳谐振子、谐振器固定座和固定托盘自上而下顺序组装，固定托盘为环状，谐振器固定座顶面中心设有圆槽，PCB平面电极板设在圆槽内，PCB平面电极板顶面设有扇形电极，底面设有电极引线，谐振器固定座对应电极引线位置设有第一电极孔，外筒底面设有与第一电极孔对应的第二电极孔；电极引线穿过第一电极孔、固定托盘和第二电极孔伸出外筒底面。本发明专利技术结构简单，装配容易，加工难度低，电路兼容性好。

A hemispherical resonator gyroscope based on PCB planar electrode and its processing and assembling method

The invention discloses a hemispherical resonant gyroscope based on PCB planar electrode and its processing and assembly method. The gyroscope comprises an outer cylinder, a cap and a main structure, with the cap at the top of the outer cylinder and the main structure in the outer cylinder; the main structure includes a hemispherical shell resonator, a PCB planar electrode plate, a sector electrode, an electrode lead and a resonator. Fixed pedestal and fixed tray; Hemispherical shell resonator, resonator fixed pedestal and fixed tray are assembled from top to bottom sequentially. Fixed tray is annular, the top surface of resonator fixed pedestal is provided with circular groove, PCB plane electrode plate is arranged in circular groove, the top surface of PCB plane electrode plate is provided with sector electrode, bottom surface is provided with electrode lead, resonator is fixed. A first electrode hole is arranged at the corresponding electrode lead position of the fixed seat, and a second electrode hole corresponding to the first electrode hole is arranged at the bottom of the outer cylinder; the electrode lead passes through the first electrode hole, the fixed tray and the second electrode hole and extends out to the bottom of the outer cylinder. The invention has the advantages of simple structure, easy assembly, low processing difficulty and good circuit compatibility.

【技术实现步骤摘要】
一种基于PCB平面电极的半球谐振陀螺仪及其加工组装方法
本专利技术涉及微机电和惯性导航领域，具体涉及一种基于PCB平面电极的半球谐振陀螺仪及其加工组装方法。
技术介绍
半球谐振陀螺仪是一种利用半球壳唇缘的径向振动驻波进动效应来感测基座旋转的一种哥式振动陀螺，它在结构上不存在高速转子和活动支承，具备较宽的信号频带，良好的稳定性，启动迅速，以及出色的抗辐射等特点，在短时间断电的情况下仍可以持续正常工作，具有较小的漂移噪声，同时还具备质量小，低功耗，分辨力高、寿命长等特点，是接连惯性导航系统中的关键部件，拥有十分广阔的发展前景。在英国，半球谐振陀螺仪的研发始于1984年，英国宇航系统与设备有限公司专注于研发圆柱壳式谐振陀螺，已有转向HRG研究的趋势。法国已研发了直径20mm的半球谐振陀螺仪，日本早在1986年就出现发表有关半球谐振陀螺仪的文章。目前美国已经将HRG成功的应用在空间飞行器导航、战术导弹导航、通讯卫星姿控系统、精确指向及深空探测任务中，达到了100％的成功率。
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基于PCB平面电极的半球谐振陀螺仪及其加工组装方法。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PCB平面电极的半球谐振陀螺仪，其特征在于：包括外筒、盖帽和主体结构，所述盖帽设在外筒顶端，外筒为无顶筒状结构，主体结构设在外筒内；主体结构包括半球壳谐振子、PCB平面电极板、扇形电极、电极引线、谐振器固定座和固定托盘；半球壳谐振子、谐振器固定座和固定托盘自上而下顺序组装在一起，固定托盘为环状结构，谐振器固定座顶面中心部设有圆槽，PCB平面电极板设在圆槽内，PCB平面电极板顶面沿圆周均匀设有16个扇形电极，PCB平面电极板底面对应每个扇形电极位置均设有与扇形电极相接的电极引线，谐振器固定座对应电极引线位置均匀设有16个第一电极孔，外筒底面设有与第一电极孔位置对应的16个第二电极孔；16个电极引线分别对应穿过第一电极孔、固定托盘中间通孔和第二电极孔伸出外筒底面；电极引线与第二电极孔之间的间隙设有绝缘子；PCB平面电极板中心部设有3个定位孔，谐振器固定座和外筒底面对应3个定位孔位置均设有相互匹配的定位孔。工作原理：本专利技术通过将主体结构放置在盖帽和外筒围成的墙体内部，主体结构又按照半球壳谐振子，平面PCB电极板，谐振器固定座，底面固定托盘自上而下组装在一起；其中平面电极板利用PCB工艺在PCB板上均匀的印刷出16个等分的扇形电极，电极下面焊接电极引线穿过谐振器固定座上的第一电极孔，并穿过外筒的第二电极孔完成配件的对准。优选，所述半球壳谐振子上端与盖帽通过钎焊技术固定，谐振子下端穿过谐振器固定座中间通孔并焊接固定。所述盖帽顶端设有两个与外筒内部相通的抽真空孔，能抽出腔体内空气从而完成抽真空工艺。优选，所述半球壳谐振子外层镀金，球壳外直径为20mm，球壳厚度为1mm，半球壳谐振子弧面外侧中心部设有与盖帽相接的第一柱体，半球壳谐振子弧面内侧中心部设有第二柱体，第二柱体顶端与半球壳谐振子内弧面中心点相接，底端伸出半球壳谐振子底面，伸出部长度为1mm，第二体底端设有第三柱体，第二柱体半径为1.65mm,第三柱体半径为1.5mm。上述半球壳谐振子底面为半球壳谐振子直径所在面；第三柱体柱长根据需要设定。优选，所述扇形电极为在PCB平面电极板上制作的平面电极。上述电极的电极板和电路间的兼容性较好。优选，所述谐振器固定座圆槽外周均匀设有6个第一固定通孔，谐振器固定座为绝缘材料；固定托盘环体上设有6个与第一固定通孔位置对应且相互匹配的第二固定通孔，每组对应位置的第一固定通孔和第二固定通孔通过螺丝固定。一种基于PCB平面电极的半球谐振陀螺仪的加工组装方法，包括以下步骤：1)制作玻璃半球壳谐振子：根据现有工艺，按照要求制作相应规格的玻璃半球壳谐振子，半球壳外直径20mm，半球壳厚度1mm，第二柱体半径1.65mm,第三柱体半径1.5mm，第二柱体伸出半球底面1mm；然后在玻璃半球壳谐振子外周镀一层金；2)加工盖帽、外筒和固定托盘：选用铝合金材料按照要求注模成型或者切削成型，然后精准打孔；3)加工谐振器固定座：选用绝缘材料通过3D打印技术按照设定好的尺寸制作；6)制作PCB平面电极板：利用现有的PCB工艺制作16个均分的扇形双面平面电极，电极背面焊接引出导线，焊接点为扇形电极中心位置；7)固定和装配：将固定托盘焊接在外筒底部，取3根长棒穿过外筒底面的3个定位孔，然后依次放入，谐振器底座和PCB平面电极板，3根长棒分别穿过谐振器底座和PCB平面电极板上的定位孔，对齐后组装固定，然后放置谐振子和盖帽。优选，所述步骤5)中，通过盖帽上的两个抽真空孔将基于PCB平面电极的半球谐振陀螺仪抽至真空状态。有益效果：本专利技术基于PCB平面电极的半球谐振陀螺仪的电极采用平面电极，且在PCB板上印刻电极，装配较容易，加工难度低，成本低，电路兼容性好，结构也更简单，适合批量生产。附图说明图1为本专利技术结构示意图；图2为图1爆炸示意图；图3为图1截面结构示意图图4为本专利技术的盖帽结构示意图；图5为本专利技术的外筒结构示意图；图6为本专利技术的半球壳谐振子结构示意图；图7为本专利技术的PCB平面电极板结构示意图；图8为本专利技术的谐振器固定座结构示意图；图9位本专利技术的底部底面固定托盘示意图。具体实施方式实施例1如图1-9所示，一种基于PCB平面电极的半球谐振陀螺仪，包括外筒6、盖帽1和主体结构，所述盖帽1设在外筒6顶端，外筒6为无顶筒状结构，主体结构设在外筒6内；主体结构包括半球壳谐振子2、PCB平面电极板3、扇形电极7、电极引线8、谐振器固定座4和固定托盘5；半球壳谐振子2、谐振器固定座4和固定托盘5自上而下顺序组装在一起，固定托盘5为环状结构，谐振器固定座4顶面中心部设有圆槽，PCB平面电极板3设在圆槽内，PCB平面电极板3顶面沿圆周均匀设有16个扇形电极7，PCB平面电极板3底面对应每个扇形电极7位置均设有与扇形电极7相接的电极引线8，谐振器固定座4对应电极引线8位置均匀设有16个第一电极孔13，外筒6底面设有与第一电极孔13位置对应的16个第二电极孔17；16个电极引线8分别对应穿过第一电极孔13、固定托盘5中间通孔和第二电极孔17伸出外筒6底面；电极引线8与第二电极孔17之间的间隙设有绝缘子；PCB平面电极板3中心部设有3个定位孔，谐振器固定座4和外筒6底面对应3个定位孔位置均设有相互匹配的定位孔；半球壳谐振子2上端与盖帽1通过钎焊技术固定，谐振子下端穿过谐振器固定座4中间通孔并焊接固定；盖帽1顶端设有两个与外筒6内部相通的抽真空孔9；半球壳谐振子2外层镀金，球壳外直径为20mm，球壳厚度为1mm，半球壳谐振子2弧面外侧中心部设有与盖帽1相接的第一柱体10，半球壳谐振子2弧面内侧中心部设有第二柱体11，第二柱体11顶端与半球壳谐振子2内弧面中心点相接，底端伸出半球壳谐振子2底面，伸出部长度为1mm，第二体底端设有第三柱体12，第二柱体11半径为1.65mm,第三柱体12半径为1.5mm；所述扇形电极7为在PCB平面电极板3上制作的平面电极；谐振器固定座4圆槽外周均匀设有6个第一固定通孔15，谐振器固定座4为绝缘材料；固定托盘5环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于PCB平面电极的半球谐振陀螺仪，其特征在于：包括外筒(6)、盖帽(1)和主体结构，所述盖帽(1)设在外筒(6)顶端，外筒(6)为无顶筒状结构，主体结构设在外筒(6)内；主体结构包括半球壳谐振子(2)、PCB平面电极板(3)、扇形电极(7)、电极引线(8)、谐振器固定座(4)和固定托盘(5)；半球壳谐振子(2)、谐振器固定座(4)和固定托盘(5)自上而下顺序组装在一起，固定托盘(5)为环状结构，谐振器固定座(4)顶面中心部设有圆槽，PCB平面电极板(3)设在圆槽内，PCB平面电极板(3)顶面沿圆周均匀设有16个扇形电极(7)，PCB平面电极板(3)底面对应每个扇形电极(7)位置均设有与扇形电极(7)相接的电极引线(8)，谐振器固定座(4)对应电极引线(8)位置均匀设有16个第一电极孔(13)，外筒(6)底面设有与第一电极孔(13)位置对应的16个第二电极孔(17)；16个电极引线(8)分别对应穿过第一电极孔(13)、固定托盘(5)中间通孔和第二电极孔(17)伸出外筒(6)底面；电极引线(8)与第二电极孔(17)之间的间隙设有绝缘子；PCB平面电极板(3)中心部设有3个定位孔(14)，谐振器固定座(4)和外筒(6)底面对应3个定位孔(14)位置均设有相互匹配的定位孔(14)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于PCB平面电极的半球谐振陀螺仪，其特征在于：包括外筒(6)、盖帽(1)和主体结构，所述盖帽(1)设在外筒(6)顶端，外筒(6)为无顶筒状结构，主体结构设在外筒(6)内；主体结构包括半球壳谐振子(2)、PCB平面电极板(3)、扇形电极(7)、电极引线(8)、谐振器固定座(4)和固定托盘(5)；半球壳谐振子(2)、谐振器固定座(4)和固定托盘(5)自上而下顺序组装在一起，固定托盘(5)为环状结构，谐振器固定座(4)顶面中心部设有圆槽，PCB平面电极板(3)设在圆槽内，PCB平面电极板(3)顶面沿圆周均匀设有16个扇形电极(7)，PCB平面电极板(3)底面对应每个扇形电极(7)位置均设有与扇形电极(7)相接的电极引线(8)，谐振器固定座(4)对应电极引线(8)位置均匀设有16个第一电极孔(13)，外筒(6)底面设有与第一电极孔(13)位置对应的16个第二电极孔(17)；16个电极引线(8)分别对应穿过第一电极孔(13)、固定托盘(5)中间通孔和第二电极孔(17)伸出外筒(6)底面；电极引线(8)与第二电极孔(17)之间的间隙设有绝缘子；PCB平面电极板(3)中心部设有3个定位孔(14)，谐振器固定座(4)和外筒(6)底面对应3个定位孔(14)位置均设有相互匹配的定位孔(14)。2.根据权利要求1所述的基于PCB平面电极的半球谐振陀螺仪，其特征在于：所述半球壳谐振子(2)上端与盖帽(1)通过钎焊技术固定，谐振子下端穿过谐振器固定座(4)中间通孔并焊接固定。3.根据权利要求2所述的基于PCB平面电极的半球谐振陀螺仪，其特征在于：所述盖帽(1)顶端设有两个与外筒(6)内部相通的抽真空孔(9)。4.根据权利要求1所述的基于PCB平面电极的半球谐振陀螺仪，其特征在于：所述半球壳谐振子(2)外层镀金，球壳外直径为20mm，球壳厚度为1mm，半球壳谐振子(2)弧面外侧中心部设有与盖帽(1)相接的第一柱体(10)，半球壳谐振子(2)弧面内侧中心部设有第二柱体(11)，第二柱体(11)顶端与半球壳谐振子(2)内弧面中心点相接，底端伸出半球壳谐振子(2)底面...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏敦柱，颜冲，金伟明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32