陀螺制造技术

一种用于检测至少两条轴线之速率的陀螺，包含有基本为平面的谐振器（２），该谐振器基本呈环形或圈形结构，载体模型驱动装置（４）用于使谐振器（２）以Ｃｏｓｎ↓［１］θ面内载体模型产生振动，其中ｎ↓［１］为２或更大的整数。所述陀螺还包含有：支承装置（３），用于柔性支承谐振器（２）；载体模型拾取装置（５），用于检测谐振器的面内运动；Ｘ轴响应模型拾取装置（８），用于检测谐振器的面外Ｃｏｓｎθ响应模型运动，该运动是随陀螺绕Ｘ轴旋转而产生的响应，其中ｎ取值为ｎ↓［１］＋１或ｎ↓［１］－１；以及Ｙ轴响应模型拾取装置（１０），用于检测谐振器（２）的面外Ｓｉｎｎθ响应模型运动，该运动是随陀螺绕Ｙ轴旋转而产生的响应，其中ｎ取值为ｎ↓［１］＋１或ｎ↓［１］－１，且与Ｘ轴响应模型的取值相等。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种陀螺，其适用于检测至少两条轴线的速率、优选的是三条轴线的速率。振动结构陀螺可通过将多种不同结构作为谐振元件来加以制造。这些结构包括梁、音叉、圆筒、半球壳以及环。成功的商业开发有赖于优化设备性能并尽量缩减成本。对于某些应用而言，另外一个目标是减小设备的体积。一些传统的振动结构陀螺设计方案适合于采用现代微机械技术加以制造。它们可由块硅、多晶硅或电子成型金属构造而成。这些制造方法为实现低成本地大量生产微型陀螺提供了可能。陀螺仪器的许多应用要求对全部三条轴线都具有速率敏感性。传统的振动结构陀螺只对单一轴线具有速率敏感性，因此需要有三个设备沿正交轴线相互对准。因此，与能够固有地同时对三条轴线进行检测的谐振器合为一体的振动结构陀螺会大有益处。这样可用单一设备取代三个传统的单轴部件，具有明显的成本收益。并且，无需三个单轴陀螺的安装与对准过程。因此，需要一种能够检测至少两条轴线之速率的改进型陀螺。根据本专利技术的第一方面，提供了一种能够检测至少两条轴线之速率的陀螺，其包含有基本为平面的谐振器，该谐振器基本呈环形或圈形结构，其内外圆周环绕一条公共轴线延伸；载体模型驱动装置，用于使谐振器以面内Cosn1θ载体模型产生振动，其中n1取值为2或更大的整数；支承装置，用于柔性支承谐振器并允许谐振器相对于支承装置振动，以对载体模型驱动装置产生响应；载体模型拾取装置，用于检测谐振器的面内运动；X轴响应模型拾取装置，用于检测谐振器的面外Cosnθ响应模型运动，该运动是随陀螺绕X轴旋转而产生的，其中n取值为n1+1或n1-1；以及Y轴响应模型拾取装置，用于检测谐振器的面外Sinnθ响应模型运动，该运动是随陀螺绕Y轴旋转而产生的，其中n取值为n1+1或n1-1，与X轴响应模型的取值相等。优选地，该陀螺包含有X轴响应模型驱动装置，用于抵消谐振器的X轴响应模型运动，以使陀螺能够以强迫反馈方式运转。优选地，该陀螺包含有Y轴响应模型驱动装置，用于抵消谐振器的Y轴响应模型运动，以使陀螺能够以强迫反馈方式运转。对于检测两条轴线的速率，优选的是支承装置含有若干将谐振器柔性连接到基座的柔性支架，支架的数目NT由NT=4n给出，支架之间的角度间隔为360／NT度。对于检测三条轴线的速率，优选的是陀螺包含Z轴响应模型拾取装置，用于检测谐振器的面内Sinn1θ响应模型运动，该运动是随陀螺绕Z轴旋转而产生的，其中n1取值为2或更大的整数，与载体面内模型的取值相等。优选地，用于检测三条轴线之速率的陀螺含有Z轴响应模型驱动装置，用于抵消谐振器的Z轴响应模型运动，以使陀螺能够以强迫反馈方式运转。优选地，支承装置含有若干将谐振器柔性连接到基座的柔性支架，支架的数目NT由NT=4nn1给出，支架之间的角度间隔为360／NT度。优选地，在本专利技术的用于检测两条轴线之速率的陀螺中，载体模型为面内Cos2θ模型，载体模型驱动装置含有两个驱动元件，用于使载体模型产生初始运动，位于谐振器面内与固定参考轴成0度和180度的位置，载体模型拾取装置包含两个拾取元件，用于检测载体模型运动，位于与固定参考轴成90度和270度的位置，其中X轴响应模型为Cos3θ模型，X轴拾取装置包含三个拾取元件，位于与固定参考轴成0度、120度和240度的位置，X轴驱动装置包含三个驱动元件，位于与固定参考轴成60度、180度和300的位置；其中Y轴响应模型为Sin3θ模型，Y轴拾取装置包含三个拾取元件，位于与固定参考轴成30度、150度和270度的位置，Y轴驱动装置包含三个驱动元件，位于与固定参考轴成90度、210度、330的位置，X轴、Y轴驱动与拾取元件可受控检测及抵消响应模型运动。或者，载体模型也可以是面内Cos3θ模型，载体模型驱动装置含有三个驱动元件，位于谐振器面内与固定参考轴成0度、120度和240度的位置；载体模型拾取装置包含三个拾取元件，位于与固定参考轴成60度、180度和300度的位置；其中X轴响应模型为Cos2θ模型，X轴拾取装置包含两个拾取元件，位于与固定参考轴成0度和180度的位置，X轴驱动装置包含两个驱动元件，位于与固定参考轴成90度和270度的位置；其中Y轴响应模型为Sin2θ模型，Y轴拾取装置包含两个拾取元件，位于与固定参考轴成45度和225度的位置，Y轴驱动装置包含两个驱动元件，位于与固定参考轴成135度和315度的位置。方便地，载体模型也可为面内Cos3θ模型，载体模型驱动装置含有三个驱动元件，位于谐振器面内与固定参考轴成0度、120度和240度的位置，载体模型拾取装置包含三个拾取元件，位于与固定参考轴成60度、180度和300度的位置；其中X轴响应模型为Cos4θ模型，X轴拾取装置包含四个拾取元件，位于与固定参考轴成0度、90度、180度、270度的位置，X轴驱动装置包含四个驱动元件，位于与固定参考轴成45度、135度、225度、315度的位置；其中Y轴响应模型为Sin4θ模型，Y轴拾取装置包含四个拾取元件，位于与固定参考轴成22．5度、112．5度、202．5度、229．5度的位置，Y轴驱动装置包含四个驱动元件，位于与固定参考轴成67．5度、157．5度、247．5度、337．5度的位置。优选地，用于检测三条轴线之速率的陀螺还包含有Z轴响应模型拾取装置，用于检测谐振器的面内Sin2θ响应模型运动，Z轴拾取装置包含两个拾取元件，位于与固定参考轴成45度和225度的位置；并且还包含有Z轴响应模型驱动装置，其具有两个驱动元件，位于与固定参考轴成135度和315度的位置。优选地，用于检测三条轴线之速率的陀螺包含有Z轴响应模型拾取装置，用于检测谐振器的面内Sin3θ响应模型运动，Z轴拾取装置包含三个拾取元件，位于与固定参考轴成90度、210度和330度的位置；并且还包含有Z轴响应模型驱动装置，其具有三个驱动元件，位于与固定参考轴成30度、150度和270度的位置。优选地，谐振器由金属、石英、多晶硅或块硅制成。优选地，驱动装置与拾取装置为静电、电磁、压电或光学装置。为了更好地理解本专利技术并展示如何将本专利技术投入实际应用，下面将借助示例并参照附图加以说明，附图中附图说明图1a是不同于本专利技术的振动结构陀螺的示意图；图1b示出了图1a结构中速率矢量、旋转矢量、力矢量所在的三条正交轴线；图2a和2b图示出了模型偶的形状，其表现为Cosn1θ和Sinn1θ径向位移，其中n1=2；图3a和3b是与图2a和2b相似的图示形状，其中n1=3；图4a和4b是与图2a和2b、图3a和3b相似的图示，其中n1=4；图5a和5b图解表示了由本专利技术之陀螺绕Y轴旋转而在三条轴线上所产生的分力，其模型为Cos2θ面内载体模型；图6a和6b是与图5a和5b相似的图示，只是绕X轴旋转；图7a和7b是模型形状在三条轴线上的图解表示，其表现为Cosnθ和Sinnθ面外位移，其中n=1；图8a和8b是与图7a和7b相似的图示，但n=2；图9a和9b是与图8a和8b相似的图示，但n=3；图10a和10b是与图9a和9b相似的图示，但n=4；图11a以平面图示出了适用于本专利技术陀螺中的谐振器与支架的图例；图11b以平面图示出了本专利技术陀螺所使用的另一种谐振器与支架结构；图12为根据本专利技术第一实施例的陀螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测至少两条轴线之速率的陀螺，包含有基本为平面的谐振器，该谐振器基本呈环形或圈形结构，其内外圆周环绕一条公共轴线延伸，其特征在于它还包含有：载体模型驱动装置，用于使谐振器以Ｃｏｓｎ↓［１］θ面内载体模型产生振动，其中ｎ↓［１］为２或更大的整数，支承装置，用于柔性支承谐振器并且使谐振器能够相对于支承装置振动，该振动是对载体模型驱动装置产生的响应，载体模型拾取装置，用于检测谐振器的面内运动，Ｘ轴向响应模型拾取装置，用来检测随陀螺绕Ｘ轴旋转时谐振器的面外Ｃｏｓｎθ响应模型运动，其中ｎ取值为ｎ↓［１］＋１或ｎ↓［１］－１，以及Ｙ轴向响应模型拾取装置，用于检测随陀螺绕Ｙ轴旋转时谐振器的面外Ｓｉｎｎθ响应模型运动，其中ｎ取值为ｎ↓［１］＋１或ｎ↓［１］－１，与Ｘ轴响应模型的取值相同。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托夫费尔，科林亨利约翰福克斯，
申请(专利权)人：BAE系统公共有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]