一种剪切振动型压电振动陀螺仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种剪切振动型压电振动陀螺仪，其包括通过对呈矩形板结构且C轴倾斜的压电板进行热处理后形成的具有常规层和翻转层的复合压电板，复合压电板的上部分为常规层、下部分为翻转层，翻转层的压电性质与常规层的压电性质相反，复合压电板的左右两侧面上设有一对输出电极，复合压电板的上下两表面上设有一对输入电极，输入电极上接入正弦交变电压，复合压电板能在其前后方向即X轴方向上产生初级厚度剪切振动，复合压电板能绕其上下方向即Z轴方向转动，复合压电板能在其左右方向即Y轴方向上产生次级厚度剪切振动，输出电极上产生输出电压；优点是其结构简单、制造成本低、一致性好、性能可靠、稳定性好、使用寿命长、结构强度高。结构强度高。结构强度高。

【技术实现步骤摘要】
一种剪切振动型压电振动陀螺仪


[0001]本技术涉及一种陀螺仪，尤其是涉及一种剪切振动型压电振动陀螺仪。

技术介绍

[0002]陀螺仪是一类能够高精度检测角速度的器件，其在工业控制、导航、电子游戏操纵和军事等领域得到了广泛的应用。
[0003]传统的机械陀螺仪因其存在体积大、成本高，且不适合方便地转换成电信号等因素，因此应用领域受到了很大的限制。
[0004]近几十年来，压电振动陀螺仪因质量轻、体积小、成本低、功耗小等优点，而被广泛应用。目前，常用的一类压电振动陀螺仪为双谐振梁式压电陀螺仪，这种梁式压电陀螺仪的弹性梁的上下表面和左右表面各贴有一对压电片，一对压电片对弹性梁产生横向激励振动，由于弹性梁的轴向角速度和横向激励振动的共同作用产生科里奥利力，因此在弹性梁振动的垂直方向激发出另一横向振动，使得在另一对压电片上产生输出电信号。根据输出电信号的频率与弹性梁的轴向角速度的关系，以测定弹性梁的轴向角速度。这种梁式压电陀螺仪的不足之处有：1)压电片是利用粘合剂贴在弹性梁的表面上的，即压电片与弹性梁之间有一个物理界面，由于粘合剂可能在低温下开裂，在高温下蠕变，因此粘合剂影响了这种梁式压电陀螺仪的工作可靠性、工作稳定性和使用寿命；2)这种梁式压电陀螺仪在加工上存在工艺复杂性，影响了这种梁式压电陀螺仪的成本和性能上的一致性；3)这种梁式压电陀螺仪比较细长，在结构强度和可靠性方面存在一定缺陷。因此，有必要研究一种能够很好地解决上述梁式压电陀螺仪存在的技术问题的新型的压电振动陀螺仪。

技术实现思路

[0005]本技术所要解决的技术问题是提供一种剪切振动型压电振动陀螺仪，其结构简单、制造成本低、一致性好、性能可靠、稳定性好、使用寿命长、结构强度高。
[0006]本技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种剪切振动型压电振动陀螺仪，其特征在于：包括通过对呈矩形板结构且C轴倾斜的压电板进行热处理后形成的具有常规层和翻转层的复合压电板，所述的复合压电板的上部分为所述的常规层，所述的复合压电板的下部分为所述的翻转层，所述的翻转层的压电性质与所述的常规层的压电性质相反，在所述的复合压电板的中心点上，建立与所述的复合压电板的上下两表面垂直且向上的方向为Z轴方向，建立与所述的复合压电板的上下两表面平行且向前的方向为X轴方向，建立与所述的复合压电板的上下两表面平行且向右的方向为Y轴方向，所述的复合压电板的左右两侧面上设置有一对输出电极，所述的复合压电板的上下两表面上设置有一对输入电极，所述的输入电极上接入正弦交变电压，所述的复合压电板能在其前后方向即X轴方向上产生初级厚度剪切振动，所述的复合压电板能绕其上下方向即Z轴方向转动，所述的复合压电板能在其左右方向即Y轴方向上产生次级厚度剪切振动，所述的输出电极上产生输出电压。
[0007]所述的输入电极上接入正弦交变电压时，使所述的复合压电板中的质点在其前后方向即X轴方向上往复运动，即使得所述的复合压电板能在其前后方向即X轴方向上产生初级厚度剪切振动；所述的复合压电板绕其上下方向即Z轴方向转动时，在初级厚度剪切振动和绕Z轴方向转动共同作用下所述的复合压电板中的质点受到科里奥利力的作用，进而使所述的复合压电板中的质点在其左右方向即Y轴方向上往复运动，即使得所述的复合压电板能在其左右方向即Y轴方向上产生次级厚度剪切振动，在所述的复合压电板的压电材料的力电耦合效应下使次级厚度剪切振动在所述的输出电极上产生输出电压，通过测定输出电压的幅值就可以确定复合压电板的转动速度。
[0008]所述的输入电极为在所述的复合压电板的上下两表面上涂覆导电材料经固化后形成，所述的输出电极为在所述的复合压电板的左右两侧面上涂覆导电材料经固化后形成。
[0009]所述的常规层和所述的翻转层各自的厚度均为所述的复合压电板的厚度的。在实际设计时将常规层的厚度和翻转层的厚度设计为复合压电板的厚度的一半左右均可。
[0010]所述的压电板为铌酸锂压电板或钽酸锂压电板。在实际实施时除给出的两种压电材料的压电板外，也可采用其它压电材料，但用铌酸锂或钽酸锂制作压电板的制作工艺更加简单。
[0011]所述的压电板的压电系数为e
24
或e
35
，不为零。
[0012]所述的压电板的上下两表面的长度与宽度的比例为1:1。理论上长度与宽度也可设计成其他比例。
[0013]所述的复合压电板的上下方向即Z轴方向所在轴与C轴之间存在角度，即倾斜角。根据压电板的材料参数来选取倾斜角。
[0014]所述的压电板为铌酸锂压电板时，所述的复合压电板的上下方向即Z轴方向所在轴与C轴之间的最佳倾斜角为59.43度。在这个角度下前后方向的初级厚度剪切振动和左右方向的次级厚度剪切振动具有相同的共振频率，从而使得该剪切振动型压电振动陀螺仪具有较高的检测精度。
[0015]与现有技术相比，本技术的优点在于：
[0016]1)该剪切振动型压电振动陀螺仪为一块复合压电板，该复合压电板呈矩形板结构，相较于梁式压电陀螺仪，其体积更小，结构强度更好，且可靠性更好，也更加适合与微电路进行集成。
[0017]2)该剪切振动型压电振动陀螺仪的复合压电板为C轴倾斜的铌酸锂或钽酸锂常规压电板进行热处理后形成，使原有压电板分为上部分的常规层和下部分的翻转层，翻转层的压电性质与常规层的压电性质相反，在复合压电板的左右两侧面上设置一对输出电极，在复合压电板的上下两表面上设置一对输入电极，这种设计结构简单，在制作工艺上更加简化，降低了制造成本，并提高了产品的一致性。
[0018]3)该剪切振动型压电振动陀螺仪的翻转层为通过对常规压电板进行热处理形成，形成的复合压电板的常规层与翻转层之间没有实际的界面，避免了复合压电板的内部界面造成的可靠性、稳定性和使用寿命等方面的降低。
[0019]4)由于复合压电板在X轴方向和Y轴方向上产生的厚度剪切振动能对Z轴方向反对
称剪切振动，复合压电板的整体质心保持不变，因此该剪切振动型压电振动陀螺仪不会向外界输出动能，从而减小了该剪切振动型压电振动陀螺仪的能量损失，且保证了结构的稳定。
附图说明
[0020]图1为本技术的剪切振动型压电振动陀螺仪的结构示意图；
[0021]图2为复合压电板转动的角速度为Ω＝0.03ω0时输出电极产生的输出电压与输入电极上接入的正弦交变电压的输入频率的关系；
[0022]图3为输出电极产生的输出电压与角速度的关系；
[0023]图4为不同角速度情况下输出电极产生的输出电压与阻抗的关系。
具体实施方式
[0024]以下结合附图实施例对本技术作进一步详细描述。
[0025]本技术提出的一种剪切振动型压电振动陀螺仪，如图1所示，其包括通过对呈矩形板结构且C轴(极化方向)倾斜的压电板进行热处理后形成的具有常规层11和翻转层12的复合压电板1，复合压电板1的上部分为常规层11，复合压电板1的下部分为翻转层12，翻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种剪切振动型压电振动陀螺仪，其特征在于：包括通过对呈矩形板结构且C轴倾斜的压电板进行热处理后形成的具有常规层和翻转层的复合压电板，所述的复合压电板的上部分为所述的常规层，所述的复合压电板的下部分为所述的翻转层，所述的翻转层的压电性质与所述的常规层的压电性质相反，在所述的复合压电板的中心点上，建立与所述的复合压电板的上下两表面垂直且向上的方向为Z轴方向，建立与所述的复合压电板的上下两表面平行且向前的方向为X轴方向，建立与所述的复合压电板的上下两表面平行且向右的方向为Y轴方向，所述的复合压电板的左右两侧面上设置有一对输出电极，所述的复合压电板的上下两表面上设置有一对输入电极，所述的输入电极上接入正弦交变电压，所述的复合压电板能在其前后方向即X轴方向上产生初级厚度剪切振动，所述的复合压电板能绕其上下方向即Z轴方向转动，所述的复合压电板能在其左右方向即Y轴方向上产生次级厚度剪切振动，所述的输出电极上产生输出电压。2.根据权利要求1所述的一种剪切振动型压电振动陀螺仪，其特征在于：所述的输入电极上接入正弦交变电压时，使所述的复合压电板中的质点在其前后方向即X轴方向上往复运动，即使得所述的复合压电板能在其前后方向即X轴方向上产生初级厚度剪切振动；所述的复合压电板绕其上下方向即Z轴方向转动时，在初级厚度剪切振动和绕Z轴方向转动共同作用下所述的复合压电板中的质点受到科里奥利力的作用，进而使所述的复合压电板中的质点在其左右方向即Y轴方向上往...

【专利技术属性】
技术研发人员：王骏腾，黄德进，甄啸虎，刘冲，杜建科，王骥，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：新型
国别省市：