本发明专利技术公开了一种振梁式双悬臂面支撑结构的振动梁陀螺，包括一个在两端存在节点的、截面为矩形的陀螺振梁及分别粘接并固定在所述陀螺振梁中段四个表面的压电片；其特征是：在所述陀螺振梁的两个振动节点位置上分别固定有支撑面。实验证明，本发明专利技术在保存了现有的双节点支撑陀螺的优点的基础上采用面结构支撑振梁，使其抗冲击振动值提高到105个量级的重力加速度，为双节点振梁陀螺使用范围的扩大起到了很大的推动作用。同时体积小，质量轻，成本低，功耗小，可靠性高的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种陀螺，尤其涉及一种振梁式双悬臂面支撑结构的振动梁陀螺。
技术介绍
双悬臂振动陀螺是固态振动陀螺中的局部振动陀螺。采用节点支撑的梁结构设 计，可以将基频模的两个节点作为固定点达到在任何时候(两端向下，中间向上)梁的瞬时 线性动量为零的效果，同时又能实现理想节点固定，这样由驱动梁运动所引起的对固定机 构的压力为零，梁和外界环境的相互作用也为零，因此振梁与支撑体之间具有更好的力学 隔离；同其他类型陀螺相比具有结构更为简化的特点，其敏感器件非常简单，只是一根实心 弹性合金矩形梁。由于结构简化，相应的稳定性能大大提高。同时双节点支撑结构，是将对 梁的支撑点选取在振梁振动节点上，从理论上可以得出，这样振梁的振动将受到最小的影 响，振梁的能量损失最小，灵敏度最高。现有的双节点式悬臂振梁陀螺为了保留上述优点，在选取支点时，往往将该支持 点做的很小，这样使得原本可以抗更高冲击的性能被减弱。而抗冲击振动性能的减弱，往往是限制陀螺应用领域的主要障碍，特别是随着社 会的发展，矿产资源开发难度的不停增加，地下勘探显的越来越重要，石油开发领域的碎钻 测量，定向射孔等技术，都离不开准确的定位，目前能够得以胜任的只有光纤陀螺和磁通门 技术，但是这两个技术都深受使用条件的限制，而理论上固态振动陀螺的小体积、低成本和 较高的测量精度等性能指标完全能够胜任随钻测量，但是传统的双节点支撑的振梁陀螺在 抗冲击振动方面是将其应用于随钻测量的最大技术瓶颈。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种振梁式双悬臂面支撑结构的振动梁陀螺，通 过增加面支撑结构，使悬臂振梁陀螺的抗冲击性能得到大大的提高。本专利技术采用的技术方案是这样的，即一种振梁式双悬臂面支撑结构的振动梁陀 螺，包括截面为矩形的陀螺振梁及分别粘接并固定在所述陀螺振梁中段四个表面的压电 片；其特征是在所述陀螺振梁的两个振动节点位置上分别固定有支撑面。实验证明，本专利技术在保存了现有的双节点支撑陀螺的优点的基础上采用面结构支 撑振梁，使其抗冲击振动值提高到IO5个量级的重力加速度，为双节点振梁陀螺使用范围的 扩大起到了很大的推动作用。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进 一步的详细描述附图1为振梁式陀螺仪的工作原理图；附图2本专利技术的结构示意附图3为图2的详细标注图；附图4为驱动频率实验的对照示意图； 附图5为支撑面1的示意图。附图中1-支撑面；2-陀螺振梁，4-压电片，6-粘合剂，7-为压电片接线柱。具体实施例方式以下将结合附图给出的非限定性的实施例，对本专利技术的优越性进行详细的描述。参见附图所述振梁式双悬臂面支撑结构的振动梁陀螺包括一个在两端存在振动 节点的、截面为矩形的陀螺振梁2及分别粘接固定在所述陀螺振梁2中段四个表面的压电 片4 ；其中在所述陀螺振梁的两个振动节点位置上分别固定有支撑面1。进一步，所述支撑面1为具有与陀螺振梁2截面对应的中心孔，穿过陀螺振梁2 与之胀接或粘接，或焊接固定在振动节点位置上，并与陀螺振梁2垂直。进一步，所述支撑面1为相同的矩形面或圆形面。进一步，所述压电片4通过与之焊接接线柱7与导线连接。所述压电片的长度为 整个陀螺振梁2长度的30%，压电片的宽度略小于陀螺振梁2的高度，压电片非常薄，由加 工工艺及压电材料本身允许的最小尺寸决定，压电片的高度越小其对陀螺性能的影响也越 小。采用粘合剂将压电片粘结在振梁的四个表面上，通过对各种粘合剂的比较最终选用204 胶进行粘结。通过实测的得出204胶的各项系能参数如下表所示。工艺名称204胶粘接电气接触良粘接强度良传感单元常温性能良传感器件温度稳定性良传感器件高温性能差进一步，采用204胶6将导线粘结在压电片上，并保持良好的电气连接。参见附图3，支撑面1分为两个部分支撑面11和支撑面12，这两个支撑面分别位 于振梁的两个振动节点上，将基频模的两个节点作为固定点可达到在任何时候(两端向 下，中间向上)梁的瞬时线性动量为零的效果，同时又能实现理想节点固定，这样由驱动梁 运动所引起的对固定机构的压力为零，梁和外界环境的相互作用也为零，因此振梁与支撑 体之间具有更好的力学隔离；陀螺振梁2被支撑面分为三个部分，即振梁21、22及23，这三 个部分的划分以振动节点为划分点；支撑面11通过衔接结构31，支撑面12通过衔接结构 32在振梁的节点处将振梁同支撑面衔接在一起，所述衔接结构31和32为胀接结构或粘接 结构或焊接结构；压电片4，由四个压电片41、42、43及44构成，压电片41和压电片42组 合构成了驱动压电片对，压电片43和压电片44组合构成了敏感压电片对；两组压电片41、 42和43、44通过粘合剂6粘结在振梁的四个表面上；接线柱7，由四个接线柱71、72、73及 74构成，通过粘合剂6分别同压电片41、42、43、44相连。在使用中，压电片41和42组合形成陀螺的驱动压电片对，压电片43和44组合形 成了陀螺的敏感压电片对，压电片41、42分别通过与外部驱动电路连接，压电片43和44分 别接通外部敏感电路，由前面分析可知驱动电路频率等同于陀螺振梁驱动面的固有频率， 敏感电路的频率等于陀螺振梁敏感面的固有频率。外围驱动电路将驱动电压通过接线柱施加在驱动压电片对41及42上面，压电片41及42在逆压电效应的作用下带动振梁振动，由 于陀螺振梁2在压电片的带动下将产生振动包络，进而产生线动量，整个陀螺振梁2由三个 部分振梁21、22及23构成，在振梁振动时，由于振梁21上质点同振梁22及23上质点的运 动大小相等，方向相反，因此整个振梁的总动量为零；但是振梁21处存在线动量，在哥氏力 的作用下，当振梁在沿振梁长度方向上有角度输入时，将会在同时垂直驱动面(振梁高)和 角度输入(振梁长)的方向产生一个同输入角度呈正比的振动，由于压电效应的存在，压电 片43及44将这个振动转换成与振动成正比的电压，接线柱6将压电片43及44产生的电 压传输给外围敏感电路，进一步通过外围敏感电路的后续处理实现对角速度的测量参见附图5，实施例中，两个支撑面11、12的中心孔的宽度52及高度51分别取决 于振梁的宽度和高度，两个支撑面11、12的外部宽度53和高度M取决于基座与振梁的距 离，但是两个支撑面11、12的外部宽度53和高度的最小值应大于振梁的最大振幅。当支撑 面为圆形时，其圆周到振梁的最小距离应大于振梁的最大振幅。关于抗抗冲击性能的实验研究过程参见图1，所述陀螺振梁2为一根实芯恒弹性合金矩形梁。振梁在驱动轴(χ轴) 方向上振动产生线动量，当在输入轴方向上(ζ轴)有输入角速度时，会产生沿第三轴方向 (y轴)的哥氏加速度，通过检测该哥氏加速度的大小即可求得基座的角速度。其工作原理如下在理想情况下，只考虑振梁陀螺在驱动面和读出面的运动，其对应的动力学学方 程如下 )权利要求1.一种振梁式双悬臂面支撑结构的振动梁陀螺，包括截面为矩形的陀螺振梁(2)及分 别粘接并固定在所述陀螺振梁(2)中段四个表面的压电片；其特征是在所述陀螺振梁(4) 的两个振动节点位置上分别固定有支撑面(1)。2.根据权利要求1所述的振梁式双悬臂面支撑结构的振动梁陀螺，其特征是所述支 撑面(1)为具有与陀螺振梁(2)截面本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种振梁式双悬臂面支撑结构的振动梁陀螺，包括截面为矩形的陀螺振梁（２）及分别粘接并固定在所述陀螺振梁（２）中段四个表面的压电片（４）；其特征是：在所述陀螺振梁的两个振动节点位置上分别固定有支撑面（１）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇，路永乐，迈克尔，欧毅，黄兆靖，刘俊，方针，刘利，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，重庆市创智航测传感器有限公司，
类型：发明
国别省市：85
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