两轴陀螺制造技术

一种两轴陀螺，具有基本上为平面的谐振器（５），该谐振器大体为环形或圈形结构，载体模型驱动装置（７）用于使谐振器（５）以Ｃｏｓｎθ面外载体模型产生振动，其中ｎ为２或更大的整数，支承装置（６）用于柔性支承谐振器（５），载体模型拾取装置（８）用于检测谐振器（５）的面外运动，Ｘ轴响应模型拾取装置（９）用来检测谐振器的面内Ｃｏｓ＿ｎ＃－［１］θ响应模型运动，该运动是随陀螺绕Ｘ轴旋转所产生的响应，其中ｎ＃－［１］取值为ｎ＋１或ｎ－１，Ｙ轴响应模型拾取装置（１１）用于检测谐振器（５）的面内Ｓｉｎ＿ｎ＃－［１］θ响应模型运动，该运动是随陀螺绕Ｙ轴旋转所产生的响应，其中ｎ＃－［１］取值为ｎ＋１或ｎ－１，与Ｘ轴响应模型的取值相同。（*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两轴陀螺。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至少两条轴线具有速率敏感性。传统的振动结构陀螺只对单一轴线具有速率敏感性，因此需要两个设备沿正交轴线相互对准。因此，与能够固有地同时对两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。这样可用一个设备来取代两个传统的单轴部件，具有明显的成本收益。并且，无需两个单轴陀螺的安装与对准过程。因此，需要一种能够同时检测两条轴线之速率的改进型振动结构一陀螺。根据本专利技术的一个方面，提供了一种两轴陀螺，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，其内外圆周环绕公共轴线延伸；载体模型驱动装置，用于使谐振器以Cosnθ面外载体模型产生振动，其中n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外运动；X轴响应模型拾取装置，用于检测谐振器的面内Cosn1θ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n1取值为n+1或n-1；以及Y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Y轴旋转而产生的响应，其中n1取值为n+1或n-1，且与X轴响应模型的取值相同。优选地，陀螺含有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，使陀螺以强迫反馈方式运转。优选地，陀螺含有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，使陀螺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，支架的数目由N=4n1给出，支架之间的角度间隔为360／N度。优选地，谐振器由金属、石英、多晶硅或块硅制成。优选地，驱动装置和／或拾取装置为静电、电磁、压电或光学装置。优选地，载体模型为面外Cos2θ模型，X轴响应模型为面内Sinθ模型，Y轴响应模型为面内Cosθ模型，载体模型驱动装置包含两个驱动元件，位于谐振器所在平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，位于与固定参考轴成90度和270度的位置，X轴拾取装置包含一个拾取元件，位于与固定参考轴成0度的位置，Y轴拾取装置包含一个拾取元件，位于与固定参考轴成90度的位置，X轴驱动装置包含一个驱动元件，位于与固定参考轴成180度的位置，Y轴驱动装置含一个驱动元件，位于与固定参考轴成270度的位置。优选地，载体模型为面外Cos2θ模型，X轴响应模型为面内Sin3θ模型，Y轴响应模型为面内Cos3θ模型，载体模型驱动装置含有两个驱动元件，位于谐振器所在平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，位于与固定参考轴成90度和270度的位置，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，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，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、300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度和330度的位置。优选地，载体模型为面外Cos3θ模型，X轴响应模型为面内Sin2θ模型，Y轴响应模型为面内Cos2θ模型，载体模型驱动装置含有三个驱动元件，位于谐振器所在平面内与固定参考轴成0度、120度、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。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，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，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；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。优选地，载体模型为面外Cos3θ模型，X轴响应模型为面内Sin4θ模型，Y轴响应模型为面内Cos4θ模型，载体模型驱动装置含有三个驱动元件，位于谐振器所在平面内与固定参考轴成0度、120度、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，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，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、292．5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，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度和337．5度的位置。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，图中附图说明图1a是不同于本专利技术的振动梁结构陀螺的示意图；图1b是图1a中陀螺的三条正交轴线的示意图；图2a和2b是根据本专利技术的两轴陀螺在三条轴线上的振动模型形状示意图，采用的是Cosnθ面外载体模型，其中n=1；图3a和3b是根据本专利技术的陀螺在三条轴线上的振动模型示意图，采用的是Cosnθ面外振动模型，其中n=2；图4a和4b是根据本专利技术的陀螺在三条轴线上的模型形状示意图，其中n=3；图5a至8b为面内振动模型形状的Y-X平面示意图，图5a和5b为n1=1，图6a和6b为n1=2，图7a和7b为n1=3，图8a和8b为n1=4；图9a和9b是根据本专利技术的陀螺之谐振器的Y-X平面示意图，其受激以Cos2θ面外载体模型绕X轴旋转，图中示出了所产生的径向科里奥利力分量；图10a和10b示出了与图9a和9b相似的科里奥利力分量，但它是由绕Y轴旋转产生的；图11为根据本专利技术第一实施例的两轴陀螺的局部示意图，示出了驱动元件与拾取元件的取向；图12是沿图11中A-A平面所做的剖视图，且含有图11中未示出的其它部件；图13是根据本专利技术第二实施例的两轴陀螺的示意图，示出了驱动元件与拾取元件；图14是根据本专利技术第三实施例的两轴陀螺的示意图，示出了驱动元件与拾取元件；图15是根据本专利技术第四实施例的两轴陀螺的示意图，示出了驱动元件与拾取元件。所有传统型振动结构陀螺设计的共同特点是它们都保持简谐式载体模型振荡。当陀螺绕适当轴线旋转时，其提供了产生科里奥利力Fc的线性动量。该力的大小由下式给出Fc=2Ωmv．．．(1)其中Ω是所施加的速率，m是质量，v是线性速度。沿相互正交轴线分布的速度矢量、旋转矢量和力矢量如附图1a所示。振动结构陀螺的最简单实现方法之一是图1a中所示的梁1。载体模型振动是如图1a和1b所示的在XZ平面内的挠曲运动。梁1绕其轴线(Z轴)的旋转将产生科里奥利力，该力使梁1在YZ平面内以载体频率产生运动。沿该轴的运动幅度将所施加的旋转速率成正比。通过对结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两轴陀螺，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，载体模型驱动装置用于使谐振器以Ｃｏｓｎθ面外载体模型产生振动，其中ｎ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外运动；Ｘ轴响应模型拾取装置用来检测谐振器的面内Ｃｏｓｎ↓［１］θ响应模型运动，该运动是随陀螺绕Ｘ轴旋转所产生的响应，其中ｎ↓［１］取值为ｎ＋１或ｎ－１；以及Ｙ轴响应模型拾取装置用于检测谐振器的面内Ｓｉｎｎ↓［１］θ响应模型运动，该运动是随陀螺绕Ｙ轴旋转所产生的响应，其中ｎ↓［１］取值为ｎ＋１或ｎ－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]