静电陀螺和加速度计装置及系统制造方法及图纸

本申请提供了一种静电陀螺和加速度计装置及系统，该装置包括惯性敏感器件，包括石英敏感表头和堆叠在所述石英敏感表头上方的陀螺敏感器件,在所述装置受到外力影响时，所述惯性敏感器件发生进动，所述惯性敏感器件和电极板之间形成的电容器发生形变。本申请解决了由于金属壳谐振陀螺传统激励方法使用压电激励和检测、压电电极紧贴谐振子自由端、粘贴会大大降低谐振陀螺品质因数以及增加谐振子阻尼不均匀性的技术问题。尼不均匀性的技术问题。尼不均匀性的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
静电陀螺和加速度计装置及系统


[0001]本申请涉及惯性导航
，具体而言，涉及一种静电陀螺和加速度计装置及系统。

技术介绍

[0002]惯性系统中陀螺仪和加速度计作为核心测量元件，在导弹制导、飞行控制和精确打击目标等军用领域发挥着不可或缺的作用。陀螺仪中的金属壳谐振陀螺不仅具有传统振动陀螺的惯性品质，还具有结构强度高、环境适应能力强和动态范围宽等特点。加速度计中的石英挠性加速度计具有结构简单，易于小型化和较高的测量精度等优点。
[0003]惯性器件的常见激励方式有静电力、电磁力、压电驱动等，检测方式有电容、压电和压阻检测等。金属壳谐振陀螺传统激励方法使用压电激励和检测，压电电极紧贴谐振子自由端，粘贴会大大降低谐振陀螺品质因数以及增加谐振子阻尼不均匀性。传统石英挠性加速度计使用的电磁力闭环，需要在结构上设计线圈和永磁体，增大的体积的同时存在磁路不稳定的问题。
[0004]针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
[0005]申请内容
[0006]本申请实施例提供了一种静电陀螺和加速度计装置及系统，以至少解决由于金属壳谐振陀螺传统激励方法使用压电激励和检测、压电电极紧贴谐振子自由端、粘贴会大大降低谐振陀螺品质因数以及增加谐振子阻尼不均匀性的技术问题。
[0007]根据本申请实施例的一个方面，提供了一种静电陀螺和加速度计装置，包括：惯性敏感器件，包括石英敏感表头和堆叠在所述石英敏感表头上方的陀螺敏感器件,在所述装置受到外力影响时，所述惯性敏感器件发生进动，所述惯性敏感器件和电极板之间形成的电容器发生形变。
[0008]根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种静电陀螺和加速度计系统，包括如上所述的静电陀螺和加速度计装置。
[0009]在本申请实施例中，惯性敏感器件包括石英敏感表头和堆叠在所述石英敏感表头上方的陀螺敏感器件,在所述装置受到外力影响时，所述惯性敏感器件发生进动，所述惯性敏感器件和电极板之间形成的电容器发生形变，进而解决了由于金属壳谐振陀螺传统激励方法使用压电激励和检测、压电电极紧贴谐振子自由端、粘贴会大大降低谐振陀螺品质因数以及增加谐振子阻尼不均匀性的技术问题。
附图说明
[0010]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0011]静电激励和电容检测属于非接触式激励和检测，目前被广泛应用于惯性器件。本申请采用垂直堆叠结构由上至下分别为金属谐振子、公共平面极板、石英挠性摆片以及底
面极板，使用公共平面极板静电激励金属壳谐振子，以及与底面极板一起驱动石英摆片，并通过形成的电容器检测敏感器件变化，检测信号经过单片机滤波解算后输出角速率和加速度
[0012]本申请提出一种由石英挠性摆片和金属壳谐振子组成的惯性器件，并且对器件外围电路系统进行设计，最终可输出角速率和加速度。
[0013]图1是根据本申请实施例的一种静电陀螺和加速度计系统的结构示意图；
[0014]图2是根据本申请实施例的一种静电陀螺和加速度计装置的立体结构示意图；
[0015]图3是根据本申请实施例的一种静电陀螺和加速度计装置的正视图；
[0016]图4是根据本申请实施例的一种金属谐振子的剖视图；
[0017]图5是根据本申请实施例的一种石英表头的示意图；
[0018]图6是根据本申请实施例的静电驱动电路的静电力驱动原理图；
[0019]图7是根据本申请实施例的静电驱动电路的电路图；
[0020]图8是根据本申请实施例的静电反馈电压示意图；
[0021]图9是根据本申请实施例的电容检测电路的电路图。
具体实施方式
[0022]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0023]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0024]除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0025]本申请实施例提供了一种静电陀螺和加速度计系统，如图1所示，该系统主要包括惯性敏感器件10和外围电路20。其中，惯性敏感器件10包括陀螺敏感器件和石英敏感表头；外围电路20包括电容检测电路、信号调制电路、A\D转换电路、D\A转换电路和静电驱动电路，解算控制芯片。
[0026]当装置受到外力影响时，陀螺和加速度计敏感器件发生进动，敏感器件和电极板之间形成的电容器发生形变，电容器形变经过电容检测转化为电压变化。转化后的电压信号较为微弱，通过信号调制电路调制电压信号，电压信号通过A\D转化后进入解算控制芯片，经过解调和低通滤波滤除高频噪声，输出低频电容差信息经过解算和控制电路，一方面解算出角度和加速度输出，另一方面输出驱动控制信号。控制信号经过D\A转化后控制静电
驱动电路，调整驱动电压，保证陀螺的稳定谐振；控制静电力反馈回路，对上下极板施加静电电压，静电力将石英敏感摆片回归平衡位置。
[0027]下面从器件结构、静电驱动、检测和调制电路进行详细说明。
[0028]金属陀螺仪和石英加速计的敏感器件采用堆叠结构，上面为金属陀螺仪，下面为石英加速计，如图2至5所示。两器件均为静电驱动的方式，因此采用堆叠的方式中间可共用一个电极极板，极板两侧均可产生静电力，提高空间的使用效率。
[0029]通过上述结构，可以提高空间利用效率。金属陀螺仪和石英加速计采用堆叠结构，中间共用一个电极极板，这样可以更好地利用空间资源，减小整体尺寸，特别是在有限空间的应用中，如小型设备、嵌入式系统等。此外，还可以降低制造成本。堆叠结构使得金属陀螺仪和石英加速计可以在同一块电极极板上制造，减少了制造过程中所需的材料和工艺步骤，从而降低了制造成本。同时还可以简化组装和集成。由于金属陀螺仪和石英加速计采用堆叠结构，它们可以在制造过程中同时组装在一起，减少了组装工序和集成的复杂性，提高了生产效率。最后，由于金属陀螺仪和石英加速计均本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种静电陀螺和加速度计装置，其特征在于，包括：惯性敏感器件，包括石英敏感表头和堆叠在所述石英敏感表头上方的陀螺敏感器件,在所述装置受到外力影响时，所述惯性敏感器件发生进动，所述惯性敏感器件和电极板之间形成的电容器发生形变。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，堆叠的所述石英敏感表头和所述陀螺敏感器件中间共用一个公共电极极板，且所述石英敏感表头和所述陀螺敏感器均为静电驱动。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述陀螺敏感器件还包括金属谐振子，所述金属谐振子位于所述公共电极极板的上方，被配置为在受到外力影响时发生进动，以测量和感知旋转运动。4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述石英敏感表头包括上极板、下极板和位于所述上极板和所述下极板之间的石英摆片，其中，所述上极板为所述公共电极极板。5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述金属谐振子包括半空心球状的壳体和位于壳体中心轴位置的支撑杆，其中所述壳体的边沿具有唇沿。6.一种静电陀螺和加速度计系统，其特征在于，包括：如权利要求1至5中任一项所述的静电陀螺和加速度计装置。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宁，韦任，袁超杰，刘福朝，赵辉，苏中，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：