一种抗高过载的双质量块音叉式角速率陀螺仪制造技术

本发明专利技术公开了一种抗高过载的双质量块音叉角速率陀螺仪，通过合理的止档结构设计，限制驱动模态方向和检测模态方向的位移，防止机械结构在过大的冲击作用下发生破坏，并且通过对质量块连接结构的改进设计进一步提高结构面外的刚度，增加结构面外的抗冲击能力，从而实现了陀螺在三个方向上都具有一定的抗高过载能力。所述陀螺仪的结构增加了梳齿宽度、减小了梳齿长度、增加了梳齿间隙以及两端对称布置梳齿对等优化设计，避免由于高过载作用引起的梳齿断裂和粘附失效。所述陀螺仪的止档结构合理利用陀螺机械结构外的单晶硅圆片设计的，经济合理，且与机械结构一同刻蚀加工，降低了具有抗高过载能力的微机械陀螺的加工难度。

【技术实现步骤摘要】
一种抗高过载的双质量块音叉式角速率陀螺仪
本专利技术属于微电子机械系统和微惯性测量技术，特别是一种抗高过载的双质量块音叉式角速率陀螺仪。
技术介绍
微机械惯性仪表包括微机械陀螺(MMG)和微机械加速度计(MMA)。利用微电子加工工艺允许将微机械结构与所需的电子线路完全集成在一个硅片上，从而达到性能、价格、体积、重量、可靠性诸方面的高度统一。因而，这类仪表具有一系列的优点(如体积小、重量轻、价格便宜、可靠性高、能大批量生产等)，在军民两方面都具有广泛的应用前景。在民用方面，主要用于汽车工业、工业监控及消费类产品和机器人技术，如气囊、防抱死系统、偏航速率传感器、翻滚速率传感器、图象稳定及玩具等等；在军用领域，主要用于灵巧炸弹、智能炮弹、战术导弹、新概念武器和微型飞机的自主导航制导系统等。1993年，美国德雷珀实验室通过在玻璃表面复盖硅层技术制作了一种新颖的微机械陀螺—音叉式线振动陀螺。该陀螺由双质量块、支承梁和横梁组成，陀螺采用线振动驱动和角振动检测的方式，可以敏感陀螺平面内轴向的角速率。由于该陀螺的驱动运动与敏感运动完全耦合，限制了其灵敏度的提高。2007年，苏岩等人研制了双质量振动式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗高过载的双质量块音叉角速率陀螺仪，包括上层真空封装盖板、下层硅衬底和中层单晶硅片，其特征在于：中层单晶硅片上设有陀螺机械结构和止档结构，所述陀螺机械结构包括质量块连接机构（2）、两个子结构（1）、两个桁架与水平直梁的组合机构（3）、两个U型梁组合梁（4）、八个第一U型梁（6）和四个直梁（12），所述两个子结构（1）对称分布在质量块连接机构（2）和两个桁架与水平直梁的组合机构（3）的两侧，质量块连接机构（2）和两个桁架与水平直梁的组合机构（3）呈直线分布，且质量块连接机构（2）位于两个桁架与水平直梁的组合机构（3）之间，第一U型梁（6）沿子结构（1）的长边设置，且位于长边的两端，桁架与...

【技术特征摘要】
1.一种抗高过载的双质量块音叉角速率陀螺仪，包括上层真空封装盖板、下层硅衬底和中层单晶硅片，其特征在于：中层单晶硅片上设有陀螺机械结构和止档结构，所述陀螺机械结构包括质量块连接机构（2）、两个子结构（1）、两个桁架与水平直梁的组合机构（3）、两个U型梁组合梁（4）、八个第一U型梁（6）和四个直梁（12），所述两个子结构（1）对称分布在质量块连接机构（2）和两个桁架与水平直梁的组合机构（3）的两侧，质量块连接机构（2）和两个桁架与水平直梁的组合机构（3）呈直线分布，且质量块连接机构（2）位于两个桁架与水平直梁的组合机构（3）之间，第一U型梁（6）沿子结构（1）的长边设置，且位于长边的两端，桁架与水平直梁的组合机构（3）通过第一U型梁（6）与子结构（1）连接，U型梁组合梁（4）沿子结构（1）的长边设置，且位于远离质量块连接机构（2）一侧的两个第一U型梁（6）的中间；直梁（12）沿子结构（1）宽度方向设置，用于连接子结构（1）两侧的第一U型梁（6）；微机械陀螺止档结构包括两个检测框架止档结构（13）、四个外侧驱动梁止档结构（14）、四个检测梁止档结构（15）和四个质量块连接机构止档结构（16）；两个检测框架止档结构（13）对称设置在两个子结构（1）的外侧，且位于子结构（1）的外侧中央位置，四个外侧驱动梁止档结构（14）分别布置在两侧位置的四根第一U型梁（6）上，四个检测梁止档结构（15）分别对称布置在两个桁架与水平直梁的组合机构（3）上，且位于靠近质量块连接机构（2）的一侧，四个质量块连接机构止档结构（16）布置在质量块连接机构（2）的长度方向的两侧。2.根据权利要求1所述的双质量块音叉角速率陀螺仪，其特征在于：位于子结构（1）同一侧的两个U型梁（6）开口方向相对。3.根据权利要求1所述的双质量块音叉角速率陀螺仪，其特征在于：所述质量块连接机构（2）包括水平直梁（201b）、4个直梁（201a）和4个第二U型梁（202），水平直梁（201b）的两端分别通过两个开口相对设置的第二U型梁（202）与子结构（1）连接，四个直梁（201a）的一端共同与水平直梁（201b）中点相连，与水平直梁（201b）成45°、135°、225°和315°夹角布置，四个直梁（201a）的另一端均与上层真空封装盖板和下层硅衬底锚固，四个质量块连接机构止档结构（16）布置在水平直梁（201b）长度方向的两侧。4.根据权利要求3所述的双质量块音叉角速率陀螺仪，其特征在于：所述两个开口相对设置的第二U型梁（202）的开口端相连。5.根据权利要求1所述的双质量块音叉角速率陀螺仪，其特征在于：所述桁架与水平直梁的组合机构（3）包括V型桁架（301）和水平直梁（302），V...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海波，王昊宇，赵子亮，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32