本发明专利技术公开了一种硅基三平衡环动调陀螺转子体结构，包括一个内环、一个转子和三个独立的平衡环，所述内环、转子和平衡环均为空心圆柱体结构，所述内环与电机转子体固定连接，且设置在转子内，所述平衡环设置在内环和转子之间，并且通过内扭杆、外扭杆分别与内环、转子连接。本发明专利技术还公开了一种硅基三平衡环动调陀螺转子体结构的加工方法。本发明专利技术硅基三平衡环动调陀螺转子体结构能有效的消去单平衡环2倍频角振动带来的影响，可以提高陀螺精度，且没有双平衡环对平衡环和扭杆制造要求的那么苛刻。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微机电陀螺的设计领域，特别是。
技术介绍
利用微机电技术制造而成的硅微陀螺具有体积小，重量轻，成本低，可靠性高，功耗小，可批量生产等优点，可广泛用于航空、汽车、医疗、摄影、电子消费等领域，具有广阔的应用前景。目前已经成为惯性导航仪发展的重要方向，国内外许多院校和科研単位都在进行微机电陀螺仪的研究。 传统动力谐陀螺仪式上20世纪60年代发展起来的ー种机电陀螺仪。是ー种用挠性支承悬挂陀螺转子，并将陀螺转子与驱动电机隔开，其挠性支承的弹性刚度由支承本身产生的动カ效应来补偿的ニ自由度陀螺仪。动カ调谐陀螺仪与谐振式陀螺仪相比具有稳定性好，线路简单，线性度好等优点。国外从事动力调谐陀螺仪研制的国家有美国、英国、俄罗斯、法国、德国等，研制这种陀螺的公司主要有美国的Northrop Grumman公司、Teledyne公司、Kernot公司，俄罗斯的Ramenskoye Design公司以及BAE系统公司等。美国的特里达因公司从60年代末期开始研制捷联式惯性系统用的动カ调谐陀螺仪，先后研制成功的有SDG-l、SDG-2、SDG-5等型号。九十年代以来，国外的动カ调谐陀螺仪有了进ー步的发展。诺思普罗公司生产的G2000小型动カ调谐陀螺仪，平均无故障时间大于100000小时。美国在2002年将动カ调谐陀螺仪作为ー项关键技术列出，并提出为保护美国优势的此关键技术參数的最低水平为抗击小于IOg,漂移稳定性小于O. 01° /h ;冲击在10 IOOg时,漂移稳定性小于O. 5° /h ;在任何作战平台上,线加速度大于IOOg时有效。另外,俄罗斯RamenskoyeDesign公司生产的GVK-16动カ调谐陀螺仪尺寸为Φ 32 X 31. 05mm，冲击能力为100g，输入角速率在连续和短期时分别宽达200° /s和700° /S。我国上世纪70年代开始主攻动カ调谐陀螺仪技木，于80年代中期攻克。相对于其他新型惯性仪表，我国的动カ调谐陀螺仪已经建立了成熟的加工エ艺，形成一定的生产基础。中国航天科技集団33研究所、航天时代公司、四川国营453厂、航空618所、东南大学、北京航空航天大学等单位进行了多年的动力调谐陀螺仪研制和批量生产。但是，传统的动カ调谐陀螺仪不是硅微加工，其转子体设计和加工复杂，体积较大。为了解决传统的动カ调谐陀螺仪的不足，东南大学王寿荣，苏岩等专利技术了的调谐式微机电陀螺仪，初步测试有一定的精度，但由于采用的是单平衡环结构，无法消除2倍频角振动理论上的误差。要想进ー步提高微机电调谐式陀螺仪，必须采用多平衡环结构。国内外对双平衡环的研究较多，虽然双平衡环理论上可以消除2倍频带来的误差，但受到加工技术的限制，很难完全消除这种误差影响。动カ调谐陀螺仪驱动电机通过驱动轴，挠性接头带动陀螺转子高速旋转。挠性接头的机构能保证陀螺仪在垂直于驱动轴有速度吋，陀螺转子相对壳体产生较偏转信号，一方面通过检测偏转信号，来确定转子的偏角。另ー方面，该信号通过静电力反馈产生カ矩，作用陀螺转子，使陀螺转子回到平衡位置。挠性接头是ー种连接装置，各环通过挠性杆连接。通过调节，使平衡环产生的负弹性力矩与挠性杆产生的正弾性カ矩相平衡，就是动カ调谐。目前，动カ调谐陀螺仪在精度、寿命和成本等方面拥有综合优势，在各种惯性系统中得到了广泛的应用，但其传统的结构、材料和加工特性直接造成了它在抗冲击性能、启动时间等方面存在问题。
技术实现思路
本专利技术的目是针对现有动调陀螺2倍频角振动误差的不足，提供了ー种精度高和稳定性好，且具有体积小、重量轻、成本低，功耗小，可靠性好的硅基三平衡环动调陀螺转子体结构。本专利技术的另ー个目的在于提供一种硅基三平衡环动调陀螺转子体结构的加工方法。 本专利技术采用的技术方案是一种硅基三平衡环动调陀螺转子体结构，包括ー个内环、一个转子和三个独立的平衡环，所述内环、转子和平衡环均为空心圆柱体结构，所述内环与电机转子体固定连接，且设置在转子内，所述平衡环设置在内环和转子之间，并且通过内扭杆、外扭杆分别与内环、转子连接。作为优选，所述平衡环包括平衡环一、平衡环ニ和平衡环三，平衡环一、平衡环ニ和平衡环三自上而下依次排列；所述平衡环一通过ー对内扭杆一与内环连接，平衡环一通过ー对外扭杆一与转子连接，内扭杆一与外扭杆一方向垂直；所述平衡环二通过ー对内扭杆ニ与内环连接，平衡环二通过ー对外扭杆ニ与转子连接，内扭杆ニ与外扭杆二方向垂直，内扭杆ニ与所述内扭杆一方向垂直，外扭杆ニ与所述外扭杆一方向垂直；所述平衡环三通过ー对内扭杆三与内环连接，平衡环三通过ー对外扭杆三与转子连接，内扭杆三与外扭杆三方向垂直，内扭杆三与所述内扭杆一方向一致，外扭杆三与所述外扭杆一方向一致。作为优选，各平衡环所对应的扭杆相互独立，其运动与单平衡环一致，且各平衡环之间留有一定的间隙，使各平衡环之间的运动互不干扰。作为优选，为了消去动调陀螺2倍频角振动带来的误差，所述平衡环一、平衡环ニ和平衡环三内外半径大小一致，厚度大小不等。在满足消去2倍频角振动的情况下，动カ调谐平衡可通过电刚度调节。作为优选，所述内扭杆和外扭杆的截面为长方形。作为优选，所述硅基三平衡环动调陀螺转子体采用单晶硅为结构材料，由于硅具有很好的电学性能和机械性能，其在作为主要运动载体的同时，又可以使转子体上下侧作为电容极板。上述硅基三平衡环动调陀螺转子体结构的加工方法，包括以下步骤(I)为了加工简单，加工精度更高，需将待加工的转子体自上而下分成厚度相同的组件一、组件ニ和组件三共三部分，每部分的加工エ艺一祥，通过硅热键合技木，形成转子体整体；(2)先加工组件一,在ー块单晶娃上,通过光刻胶部分遮光,单晶娃下面设有玻璃，采用ICP (感应耦合等离子体)刻蚀技术，刻出深槽，毎次光刻都要进行掩模、基片前处理、上胶、前供、曝光、显影、后供、刻蚀和去胶步骤；(3)去胶之后，重新按照光刻步骤，对内扭杆和外扭杆进行刻蚀，刻蚀深度根据扭杆的厚度和三分之一转子体厚度共同决定；(4)为了使三个平衡环自由运动而不相互碰撞，平衡环之间留有间隙，所以，各平衡环的厚度要比转子体三分之一薄，同时对平衡环厚度进行遮光刻蚀，各平衡环刻蚀深度由平衡环厚度和转子体厚度共同决定；(5)将单晶硅片翻转过来，重复步骤(2)、(3)、(4)，采用同样的方法，刻蚀同样的尺寸，形成组件ー 9 ；(6)使用与加工组件ー 9相同的方法加工组件ニ 10和组件三11 ； (7)采用硅热键合技术，将组件ニ 10键合在组件ー 9的下面，具体做法是将两硅片抛光进行清洁处理，将硅片在含0H_的溶液或HF中浸泡,经过去离子水漂洗和干燥；然后将硅片面对面地粘合在一起或抽真空,在大气压力下挤在一起,接触式由于0H_根与H+键合以及范德瓦耳斯カ的作用，两硅片会粘在一起；将粘好的硅片在O2和队环境中高温处理，由于高温，硅片产生塑性变形，会使界面间空洞消除，这时相临原子形成共价键，达到良好键合；(8)采用与步骤(7)同样的エ艺，将组件三11键合在组件ニ的10下面，形成所需的三平衡环动调陀螺转子体。作为优选，所述步骤(7)中硅片高温处理的温度为1000度。作为优选，所述步骤(7)中硅片高温处理的时间为I小吋。单平衡环驱动轴具有2倍旋转频率的角振动引起的漂移误差，双平衡环理论上可以消除2倍频角振本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种硅基三平衡环动调陀螺转子体结构，其特征在于包括一个内环、一个转子和三个独立的平衡环，所述内环、转子和平衡环均为空心圆柱体结构，所述内环与电机转子体固定连接，且设置在转子内，所述平衡环设置在内环和转子之间，并且通过内扭杆、外扭杆分别与内环、转子连接。2.根据权利要求I所述的硅基三平衡环动调陀螺转子体结构，其特征在于所述平衡环包括平衡环一、平衡环ニ和平衡环三，平衡环一、平衡环ニ和平衡环三自上而下依次排列； 所述平衡环一通过ー对内扭杆一与内环连接，平衡环一通过ー对外扭杆一与转子连接，内扭杆一与外扭杆一方向垂直； 所述平衡环二通过ー对内扭杆ニ与内环连接，平衡环二通过ー对外扭杆ニ与转子连接，内扭杆ニ与外扭杆二方向垂直，内扭杆ニ与所述内扭杆一方向垂直，外扭杆ニ与所述外扭杆一方向垂直； 所述平衡环三通过ー对内扭杆三与内环连接，平衡环三通过ー对外扭杆三与转子连接，内扭杆三与外扭杆三方向垂直，内扭杆三与所述内扭杆一方向一致，外扭杆三与所述外扭杆一方向一致。3.根据权利要求I所述的硅基三平衡环动调陀螺转子体结构，其特征在于所述各平衡环之间留有间隙。4.根据权利要求2所述的硅基三平衡环动调陀螺转子体结构，其特征在于所述平衡环一、平衡环ニ和平衡环三内外半径大小一致，厚度大小不等。5.根据权利要求I所述的硅基三平衡环动调陀螺转子体结构，其特征在于所述内扭杆和外扭杆的截面为长方形。6.根据权利要求I所述的硅基三平衡环动调陀螺转子体结构，其特征在于所述硅基三平衡环动调陀螺转子体采用单晶硅为结构材料。7.—种权利要求I所述的硅基三平衡环动调陀螺转子体结构的加工方法，其特征在于包括以下步骤 (1)将待加工的转子体自上而下分成厚度相同的组件一、组件ニ和组件三共三部...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏敦柱，虞成，李宏生，王寿荣，周百令，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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