【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及微機電器件，特別是涉及一種陀螺儀。
技術介紹
1、隨著微小型機器人、微小型無人機、視覺穩定等新興智能應用領域的快速發展，對高精度、小體積單芯片集成的三軸一體mems陀螺傳感器需求日益迫切。傳統的使用幾種單軸或多軸微機械陀螺儀結構集成在系統中形成的單片三軸陀螺儀模組存在尺寸過大且成本也會過高等問題。即使多個單軸或多軸陀螺儀組合裝配成單片mems陀螺微機電系統，也還是需要每個陀螺傳感器都有各自的驅動電路和檢測電路。
2、單芯片三軸一體mems陀螺通過一個驅動結構實現兩個正交方向的諧振運動，經過檢測模態耦合實現三個軸向的角速率信號檢測，具有較高的集成度。國際上已有的tdk-invensense公司的三軸一體平衡式陀螺檢測結構、st公司的三軸一體心跳式陀螺檢測結構其器件面積均小于3mm×3mm，但是陀螺檢測結構諧振模態呈現各向異性分布，且陀螺質量、剛度、阻尼系數模態分布不均，導致在微納加工過程中易產生較大正交誤差，限制陀螺精度的進一步提高。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是提供一種陀螺儀，僅需一個驅動控制環路就能夠實現三軸角速率檢測，且結構簡單，精度高，成本低。
2、本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種陀螺儀，其特征在于，包括萬向節支架和懸置于萬向節支架上、繞萬向節中心呈對稱分布的四個主質量塊，每個主質量塊在靠近所述萬向節支架的一側均連接有第一蹺蹺板組件，并通過所述第一蹺蹺板組件附接至所述萬向節支架，每個主質量塊在遠離所
3、進一步的，所述第二蹺蹺板組件包括蹺蹺板聯軸器，并通過所述蹺蹺板聯軸器的軸心桿附接至主質量塊，使所述主質量塊能夠以所述軸心桿為支撐進行水平運動和上下運動。
4、進一步的，所述蹺蹺板聯軸器的兩側對稱分布有第一檢測梳齒，所述第一檢測梳齒朝所述固定質量塊的方向延伸。
5、進一步的，設置x軸與y軸在同一平面內于所述萬向節中心正交地相交，并且z軸與x軸和y軸兩者正交地相交；所述主質量塊包括第一主質量塊、第二主質量塊、第三主質量塊和第四主質量塊，其中所述第一主質量塊與所述第三主質量塊沿x軸對稱，所述第二主質量塊與所述第四主質量塊沿y軸對稱；所述驅動梳齒包括第一驅動梳齒、第二驅動梳齒、第三驅動梳齒和第四驅動梳齒，其中所述第一驅動梳齒與所述第三驅動梳齒沿y軸對稱，所述第一驅動梳齒與所述第二驅動梳齒沿x軸對稱，所述第二驅動梳齒與所述第四驅動梳齒沿y軸對稱，所述第三驅動梳齒與所述第四驅動梳齒沿x軸對稱；所述第一主質量塊通過與其連接的所述軸心桿附接至所述第一驅動梳齒和所述第三驅動梳齒，所述第三主質量塊通過與其連接的所述軸心桿附接至所述第二驅動梳齒和所述第四驅動梳齒。
6、進一步的，附接至所述第一主質量塊和所述第三主質量塊的所述第一檢測梳齒輸出的檢測信號用于計算沿x軸輸入的角速度；附接至所述第二主質量塊和所述第四主質量塊的所述第一檢測梳齒輸出的檢測信號用于計算沿y軸輸入的角速度。
7、進一步的，還包括繞萬向節中心呈對稱分布的四個第二檢測梳齒，每個所述第二檢測梳齒均連接有角彈簧，所述角彈簧分別向兩側延伸至與相鄰的兩個所述主質量塊連接。
8、進一步的，所述第二檢測梳齒用于計算沿z軸輸入的角速度。
9、進一步的，所述第一蹺蹺板組件包括第一蹺蹺板，所述第一蹺蹺板為三叉形結構，其兩側叉齒分別與相鄰兩個主質量塊、以及相鄰兩個所述第一蹺蹺板的同側叉齒連接，其中央叉齒分別與所述萬向節支架和所述驅動梳齒連接。
10、進一步的，所述蹺蹺板聯軸器的兩端連接有轉軸，并通過所述轉軸附接至所述固定質量塊的兩端。
11、進一步的，所述主質量塊為科氏質量塊。
12、有益效果
13、由于采用了上述的技術方案，本專利技術與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果：本專利技術通過設計懸置于所述萬向節支架上、對稱分布的四個子結構，并采用柔性軸承結構將子結構中的類四波腹諧振工作的科氏質量塊和固定質量塊附接，能夠實現采用單驅動模式振動(對于所有軸僅需一個驅動控制環路)來進行三軸角速率檢測，顯著降低了器件復雜性和成本；本專利技術通過將科氏質量塊設置為四波腹0度方向的進動，使得科氏質量塊和耦合結構可通過類四波腹45度方向振動模式進行z軸角速率檢測，能夠將響應模式對每個軸進行有效地解耦以減小跨軸靈敏度的同時，利用中心固定的4對稱科氏質量塊和“蹺蹺板”結構來檢測x軸和y軸的角速率，提高了檢測檢測的準確度。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種陀螺儀，其特征在于，包括萬向節支架和懸置于萬向節支架上、繞萬向節中心呈對稱分布的四個主質量塊，每個主質量塊在靠近所述萬向節支架的一側均連接有第一蹺蹺板組件，并通過所述第一蹺蹺板組件附接至所述萬向節支架，每個主質量塊在遠離所述萬向節支架的一側均連接有第二蹺蹺板組件，并通過所述第二蹺蹺板組件附接至相應的固定質量塊，每個所述第一蹺蹺板組件均連接有驅動梳齒，驅動電壓施加在所述驅動梳齒上，驅動所述第一蹺蹺板組件帶動主質量塊圍繞Z軸在四波腹0度方向以驅動頻率往復振動。
2.根據權利要求1所述的陀螺儀，其特征在于，所述第二蹺蹺板組件包括蹺蹺板聯軸器，并通過所述蹺蹺板聯軸器的軸心桿附接至主質量塊，使所述主質量塊能夠以所述軸心桿為支撐進行水平運動和上下運動。
3.根據權利要求2所述的陀螺儀，其特征在于，所述蹺蹺板聯軸器的兩側對稱分布有第一檢測梳齒，所述第一檢測梳齒朝所述固定質量塊的方向延伸。
4.根據權利要求3所述的陀螺儀，其特征在于，設置X軸與Y軸在同一平面內于所述萬向節中心正交地相交，并且Z軸與X軸和Y軸兩者正交地相交；所述主質量塊包括第一主質量塊、
5.根據權利要求4所述的陀螺儀，其特征在于，附接至所述第一主質量塊和所述第三主質量塊的所述第一檢測梳齒輸出的檢測信號用于計算沿X軸輸入的角速度；附接至所述第二主質量塊和所述第四主質量塊的所述第一檢測梳齒輸出的檢測信號用于計算沿Y軸輸入的角速度。
6.根據權利要求2所述的陀螺儀，其特征在于，還包括繞萬向節中心呈對稱分布的四個第二檢測梳齒，每個所述第二檢測梳齒均連接有角彈簧，所述角彈簧分別向兩側延伸至與相鄰的兩個所述主質量塊連接。
7.根據權利要求6所述的陀螺儀，其特征在于，所述第二檢測梳齒用于計算沿Z軸輸入的角速度。
8.根據權利要求2所述的陀螺儀，其特征在于，所述第一蹺蹺板組件包括第一蹺蹺板，所述第一蹺蹺板為三叉形結構，其兩側叉齒分別與相鄰兩個主質量塊、以及相鄰兩個所述第一蹺蹺板的同側叉齒連接，其中央叉齒分別與所述萬向節支架和所述驅動梳齒連接。
9.根據權利要求2所述的陀螺儀，其特征在于，所述蹺蹺板聯軸器的兩端連接有轉軸，并通過所述轉軸附接至所述固定質量塊的兩端。
10.根據權利要求1所述的陀螺儀，其特征在于，所述主質量塊為科氏質量塊。
...【技術特征摘要】
1.一種陀螺儀，其特征在于，包括萬向節支架和懸置于萬向節支架上、繞萬向節中心呈對稱分布的四個主質量塊，每個主質量塊在靠近所述萬向節支架的一側均連接有第一蹺蹺板組件，并通過所述第一蹺蹺板組件附接至所述萬向節支架，每個主質量塊在遠離所述萬向節支架的一側均連接有第二蹺蹺板組件，并通過所述第二蹺蹺板組件附接至相應的固定質量塊，每個所述第一蹺蹺板組件均連接有驅動梳齒，驅動電壓施加在所述驅動梳齒上，驅動所述第一蹺蹺板組件帶動主質量塊圍繞z軸在四波腹0度方向以驅動頻率往復振動。
2.根據權利要求1所述的陀螺儀，其特征在于，所述第二蹺蹺板組件包括蹺蹺板聯軸器，并通過所述蹺蹺板聯軸器的軸心桿附接至主質量塊，使所述主質量塊能夠以所述軸心桿為支撐進行水平運動和上下運動。
3.根據權利要求2所述的陀螺儀，其特征在于，所述蹺蹺板聯軸器的兩側對稱分布有第一檢測梳齒，所述第一檢測梳齒朝所述固定質量塊的方向延伸。
4.根據權利要求3所述的陀螺儀，其特征在于，設置x軸與y軸在同一平面內于所述萬向節中心正交地相交，并且z軸與x軸和y軸兩者正交地相交；所述主質量塊包括第一主質量塊、第二主質量塊、第三主質量塊和第四主質量塊，其中所述第一主質量塊與所述第三主質量塊沿x軸對稱，所述第二主質量塊與所述第四主質量塊沿y軸對稱；所述驅動梳齒包括第一驅動梳齒、第二驅動梳齒、第三驅動梳齒和第四驅動梳齒，其中所述第一驅動梳齒與所述第三驅動梳齒沿y軸對稱，所述第一驅動梳齒與所述第二驅動梳齒沿...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳方，周景川，杜世浩，
申請(專利權)人：中國科學院上海微系統與信息技術研究所，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。