【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及了一种微陀螺，属于传感器领域。
技术介绍
1、微机电传感器技术的快速发展给惯性传感器领域带来了革命性的改变。mems(micro-electromechanical systems)又称微机电系统，该技术发展出来的微陀螺是用来敏感载体旋转运动信息的惯性传感器。微陀螺按照检测机理不同，一般可分为电容式、压阻式、隧道电流式和谐振式等，其中静电负刚度调谐微陀螺的检测精度最高，然而由于“静电吸合效应”的存在限制了电容间距、电势差、机械刚度的参数设定，从而制约了检测的灵敏度。
2、模态局部化相关概念最早于1958年由美国物理学家philip w.anderson所提出的安德森理论中出现，该理论在振动力学中的体现为一个由多个谐振器组成的弱耦合谐振系统中，在未受到干扰的情况下，各谐振器的振幅相同。当其中的某一个谐振器的固有特性(质量或者刚度)受到干扰时，谐振器的模态会发生剧烈变化。基于模态局部化的弱耦合谐振式检测方法，在质量传感器、刚度传感器、电荷传感器和位移传感器等方面有了重大突破，近年来逐渐被用于开发高灵敏度的加速度传感器。
3、本专利技术即是在此背景下提出将基于模态局部化原理引入角速度传感器领域，对该机理进行深入研究。其通过检测多自由度弱耦合谐振器的振幅比的变化来检测受扰动谐振器固有特性的变化，特别是利用振动模态的能量局部集中效应实现了灵敏度的大幅度提高，并且其采用的振幅比输出模式使得基于该原理的传感器具有很好的环境适应能力。
技术实现思路
1、本专利
2、本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种微陀螺包括陀螺仪装置和谐振器装置；
4、所述陀螺仪装置包括驱动框架、检测框架、第一固定梳齿电极、第二固定梳齿电极、第一u型梁、第二u型梁、第三u型梁、第四u型梁、第五u型梁、第六u型梁、第七u型梁、第八u型梁、第一扰动平行板电极的移动端和第二扰动平行板电极的移动端；
5、所述谐振器装置包括第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第三固定梳齿电极、第四固定梳齿电极谐振器、第一蛇形梁、第二蛇形梁、第一固支梁、第二固支梁、第三固支梁、第一扰动平行板电极的固定端和第二扰动平行板电极的固定端。
6、所述微陀螺还包括底座，所述底座上设置有四个第一锚点；所述驱动框架通过所述第一u型梁、所述第二u型梁、所述第三u型梁和所述第四u型梁与对应的所述第一锚点相连，所述检测框架通过所述第五u型梁、所述第六u型梁、所述第七u型梁和所述第八u型梁与所述驱动框架相连。
7、所述底座上设置有两个第二锚点，两个所述第二锚点相对设置；
8、所述第一固支梁的两端分别与两个所述第二锚点相连，所述第二固支梁的两端分别与两个所述第二锚点相连，所述第三固支梁的两端分别与两个所述第二锚点相连；
9、所述第一谐振器设置于所述第一固支梁上，所述第二谐振器设置于所述第二固支梁上，所述第三谐振器设置于所述第三固支梁上。
10、所述第一固定梳齿电极设置在底座上，所述第一固定梳齿电极驱动所述驱动框架振动。
11、所述第二固定梳齿电极设置在底座上，所述第二固定梳齿电极驱动所述第一谐振器振动。
12、所述检测框架的内侧下端与第一扰动平行板电极的移动端相连，所述检测框架的内侧上端与第二扰动平行板电极的移动端相连。
13、所述第一谐振器通过所述第一蛇形梁与所述第二谐振器相连；所述第二谐振器通过所述第二蛇形梁与所述第三谐振器相连。
14、所述第一谐振器与所述第一扰动平行板电极的固定端相连；所述第三谐振器与所述第二扰动平行板电极的固定端相连。
15、所述第一固支梁的长度、第二固支梁的长度和所述第三固支梁的长度相等；所述第一固支梁的厚度、第二固支梁的厚度和所述第三固支梁的厚度相等；所述第二固支梁的宽度大于所述第一固支梁的宽度和所述第三固支梁的宽度。
16、所述第一扰动平行板电极的移动端和所述第一扰动平行板电极的固定端通过通入直流电压产生静电负刚度；所述第二扰动平行板电极的移动端和所述第二扰动平行板电极的固定端通过通入直流电压产生静电负刚度。
17、较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
18、1.将模态局部化效应引入到微陀螺中，在不增加成本的情况下基于模态局部化检测的传感器灵敏度又在此基础上能够提升两个数量级以上。
19、2.并且基于模态局部化输出的振幅比有着很强的共模抑制特性，对外界的压力、温度等干扰的变化不敏感，有很好的环境适应性。
20、综上所述，本专利技术提供了一种微陀螺，微陀螺工作时，驱动框架在第一固定梳齿电极和第二固定梳齿电极作用下沿x方向振动，检测框架同时沿x方向振动，第一谐振器在第三固定梳齿电极和第四固定梳齿电极的作用下开始沿y方向振动，当传感器在x-y平面垂直方向有角速度ωz输入时，由于科氏效应，x方向的振动引起y方向的谐振，检测框架又沿y方向振动，导致第一平行板电极和第二平行板电极的平板间距发生了不同变化引起了不同的静电负刚度变化，导致第一谐振器和第三谐振器刚度受到不同的扰动发生模态局部化现象，通过计算两个谐振器的幅值比就能够得到角速度的大小。与传统的频移式输出方式相比，幅值比输出具有更好的抵抗外界环境干扰的能力，鲁棒性更好，灵敏度也更高。
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1.一种微陀螺，其特征在于，包括陀螺仪装置和谐振器装置；
2.根据权利要求1所述的一种微陀螺，其特征在于，所述微陀螺还包括底座，所述底座上设置有四个第一锚点；所述驱动框架通过所述第一U型梁、所述第二U型梁、所述第三U型梁和所述第四U型梁与对应的所述第一锚点相连，所述检测框架通过所述第五U型梁、所述第六U型梁、所述第七U型梁和所述第八U型梁与所述驱动框架相连。
3.根据权利要求2所述的一种微陀螺，其特征在于，所述底座上设置有两个第二锚点，两个所述第二锚点相对设置；
4.根据权利要求2所述的一种微陀螺，其特征在于，所述第一固定梳齿电极设置在底座上，所述第一固定梳齿电极驱动所述驱动框架振动。
5.根据权利要求2所述的一种微陀螺，其特征在于，所述第二固定梳齿电极设置在底座上，所述第二固定梳齿电极驱动所述第一谐振器振动。
6.根据权利要求2-5中任一所述的一种微陀螺，其特征在于，所述检测框架的内侧下端与第一扰动平行板电极的移动端相连，所述检测框架的内侧上端与第二扰动平行板电极的移动端相连。
7.根据权利要求2-5中任一
8.根据权利要求2-5中任一所述的一种微陀螺，其特征在于，所述第一谐振器与所述第一扰动平行板电极的固定端相连；所述第三谐振器与所述第二扰动平行板电极的固定端相连。
9.根据权利要求2-5中任一所述的一种微陀螺，其特征在于，所述第一固支梁的长度、第二固支梁的长度和所述第三固支梁的长度相等；所述第一固支梁的厚度、第二固支梁的厚度和所述第三固支梁的厚度相等；所述第二固支梁的宽度大于所述第一固支梁的宽度和所述第三固支梁的宽度。
10.根据权利要求2-5中任一所述的一种微陀螺，其特征在于，所述第一扰动平行板电极的移动端和所述第一扰动平行板电极的固定端通过通入直流电压产生静电负刚度；所述第二扰动平行板电极的移动端和所述第二扰动平行板电极的固定端通过通入直流电压产生静电负刚度。
...【技术特征摘要】
1.一种微陀螺，其特征在于，包括陀螺仪装置和谐振器装置；
2.根据权利要求1所述的一种微陀螺，其特征在于，所述微陀螺还包括底座，所述底座上设置有四个第一锚点；所述驱动框架通过所述第一u型梁、所述第二u型梁、所述第三u型梁和所述第四u型梁与对应的所述第一锚点相连，所述检测框架通过所述第五u型梁、所述第六u型梁、所述第七u型梁和所述第八u型梁与所述驱动框架相连。
3.根据权利要求2所述的一种微陀螺，其特征在于，所述底座上设置有两个第二锚点，两个所述第二锚点相对设置；
4.根据权利要求2所述的一种微陀螺，其特征在于，所述第一固定梳齿电极设置在底座上，所述第一固定梳齿电极驱动所述驱动框架振动。
5.根据权利要求2所述的一种微陀螺，其特征在于，所述第二固定梳齿电极设置在底座上，所述第二固定梳齿电极驱动所述第一谐振器振动。
6.根据权利要求2-5中任一所述的一种微陀螺，其特征在于，所述检测框架的内侧下端与第一扰动平行板电极的移动端相连，所述检测框架的内侧上端与第...
【专利技术属性】
技术研发人员：张昆鹏，张宗瑞，郝淑英，宋宇昊，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：
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