一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)屬于陀螺敏感裝置，具體涉及一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置。一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置，包括敏感結(jié)構(gòu)和分別設(shè)置敏感結(jié)構(gòu)上下兩側(cè)的上封帽、下封帽，所述的敏感結(jié)構(gòu)包括4個(gè)質(zhì)量塊。本發(fā)明專利技術(shù)的顯著效果是：避免了耦合誤差；抵消了在硅微陀螺敏感裝置工作狀態(tài)下基座所受耦合力矩；節(jié)約了加工成本。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置
本專利技術(shù)屬于陀螺敏感裝置，具體涉及一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置。
技術(shù)介紹
陀螺是一種用于測(cè)量物體相對(duì)于慣性空間轉(zhuǎn)動(dòng)角運(yùn)動(dòng)的傳感器裝置。最早的陀螺是由法國(guó)科學(xué)家付科〔L.Foucault〕利用高速轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的定軸性研制而成的，應(yīng)用在航海領(lǐng)域用來(lái)代替指南針提供方位基準(zhǔn)。陀螺發(fā)展至今已經(jīng)一百多年的歷史，現(xiàn)在的陀螺已經(jīng)是一種重要的傳感器件，是姿態(tài)控制和慣性制導(dǎo)的核心器件，在飛機(jī)、導(dǎo)彈、宇航、艦船導(dǎo)航、衛(wèi)星控制、汽車工業(yè)、鉆井探測(cè)等眾多領(lǐng)域都有著非常重要的應(yīng)用。隨著陀螺技術(shù)的發(fā)展，低成本、小體積、低功耗的微機(jī)械陀螺已在微小型系統(tǒng)及戰(zhàn)術(shù)武器的制導(dǎo)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，它是未來(lái)最主要的中低精度角速度傳感器。目前MEMS器件多采用硅材料，它具有優(yōu)良的機(jī)械和電氣特性。現(xiàn)有的陀螺敏感結(jié)構(gòu)一般如附圖1所示，包括敏感結(jié)構(gòu)10和分別設(shè)置在敏感結(jié)構(gòu)10上下的上封帽20和下封帽30。硅微機(jī)械陀螺要達(dá)到較高的性能，在目前硅微陀螺敏感結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上需要解決以下問(wèn)題：1)耦合誤差大。耦合誤差的存在會(huì)嚴(yán)重影響陀螺的精度，比如影響陀螺的零偏穩(wěn)定性、快速啟動(dòng)以及溫度適應(yīng)性等。2)基座受耦合力矩影響大。目前普遍采用的單質(zhì)量塊或雙質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，當(dāng)陀螺處于工作狀態(tài)時(shí)基座所受耦合力矩均較大，基座所受耦合力矩大將影響陀螺的零偏穩(wěn)定性。3)加工成本高。硅微機(jī)械陀螺的電極引線由敏感結(jié)構(gòu)分別向上下兩個(gè)方向引出，上下封帽支撐層均要打孔，加工工藝復(fù)雜，成本高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置。本專利技術(shù)是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置，包括敏感結(jié)構(gòu)和分別設(shè)置敏感結(jié)構(gòu)上下兩側(cè)的上封帽、下封帽，所述的敏感結(jié)構(gòu)包括4個(gè)質(zhì)量塊。如上所述的一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置，其中，所述的敏感結(jié)構(gòu)包括4個(gè)質(zhì)量塊、4組支撐梁、8組驅(qū)動(dòng)動(dòng)齒、8組驅(qū)動(dòng)定齒、8個(gè)驅(qū)動(dòng)定齒連接塊、8個(gè)驅(qū)動(dòng)定齒鉚接塊、中心支撐點(diǎn)、4個(gè)連接結(jié)構(gòu)，4個(gè)質(zhì)量塊沿圓周方向均勻布置，每個(gè)質(zhì)量塊均通過(guò)一個(gè)支撐梁與中心支撐點(diǎn)連接，每個(gè)質(zhì)量塊的兩側(cè)均帶有驅(qū)動(dòng)動(dòng)齒，在相鄰質(zhì)量塊之間設(shè)置2個(gè)驅(qū)動(dòng)定齒連接塊，該驅(qū)動(dòng)定齒連接塊為扇形柱體零件，在朝向相鄰的質(zhì)量塊一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)置驅(qū)動(dòng)定齒，該驅(qū)動(dòng)定齒通過(guò)在驅(qū)動(dòng)定齒連接塊的側(cè)壁上設(shè)置凸起實(shí)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)定齒的一端設(shè)置驅(qū)動(dòng)定齒鉚接塊，兩個(gè)相鄰的驅(qū)動(dòng)定齒鉚接塊外端設(shè)置一個(gè)連接結(jié)構(gòu)，所有連接結(jié)構(gòu)均勻設(shè)置在敏感結(jié)構(gòu)外側(cè)，每個(gè)連接結(jié)構(gòu)角度范圍均跨越相臨的兩個(gè)質(zhì)量塊所在的角度范圍，所述的驅(qū)動(dòng)動(dòng)齒與驅(qū)動(dòng)定齒交錯(cuò)布置，形成變面積式驅(qū)動(dòng)梳齒，質(zhì)量塊、支撐梁、驅(qū)動(dòng)動(dòng)齒等厚；驅(qū)動(dòng)定齒、驅(qū)動(dòng)定齒連接塊、驅(qū)動(dòng)定齒鉚接塊、中心支撐點(diǎn)、連接結(jié)構(gòu)等厚。如上所述的一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置，其中，所述的4個(gè)質(zhì)量塊沿圓周方向均勻布置時(shí)，相對(duì)的兩個(gè)質(zhì)量塊為一組，工作狀態(tài)下保持同向運(yùn)動(dòng)；另一對(duì)質(zhì)量塊為一組，工作狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)方向與前一組運(yùn)動(dòng)方向相反。如上所述的一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置，其中，驅(qū)動(dòng)定齒的上表面高于驅(qū)動(dòng)動(dòng)齒2～3μm；驅(qū)動(dòng)定齒的下表面低于驅(qū)動(dòng)動(dòng)齒2～3μm。如上所述的一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置，其中，所述的上封帽由上封帽器件層、上封帽絕緣層、上封帽支撐層組成，上封帽中的器件層包括4個(gè)平面電極塊、4個(gè)連接結(jié)構(gòu)、8個(gè)驅(qū)動(dòng)定齒鉚接塊及1個(gè)中心支撐點(diǎn)，平面電極塊呈扇形，位置與敏感結(jié)構(gòu)上質(zhì)量塊一一對(duì)應(yīng)；連接結(jié)構(gòu)呈刀形，每個(gè)連接結(jié)構(gòu)與平面電極塊連接，其中刀柄連接刀面與平面電極塊，刀面位置與敏感結(jié)構(gòu)上的連接結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)；驅(qū)動(dòng)定齒鉚接塊位置與敏感結(jié)構(gòu)上的驅(qū)動(dòng)定齒鉚接塊相對(duì)應(yīng)；上封帽中心支撐點(diǎn)位置與敏感結(jié)構(gòu)上的中心支撐點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，上封帽中的絕緣層為圓片結(jié)構(gòu)，上面帶有8個(gè)平面電極引線孔、4個(gè)驅(qū)動(dòng)引線孔、1個(gè)中心支撐點(diǎn)引線孔，平面電極引線孔位置與器件層上的平面電極塊相對(duì)應(yīng)；驅(qū)動(dòng)引線孔位置與器件層上的驅(qū)動(dòng)定齒鉚接塊相對(duì)應(yīng)；中心支撐點(diǎn)引線孔位置與器件層上的上封帽中心支撐點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，上封帽中的支撐層為圓型結(jié)構(gòu)，上面帶有8個(gè)平面電極引線孔、4個(gè)驅(qū)動(dòng)引線孔、1個(gè)中心支撐點(diǎn)引線孔，平面電極引線孔位置與絕緣層上的平面電極引線孔相對(duì)應(yīng)；驅(qū)動(dòng)引線孔位置與絕緣層上的驅(qū)動(dòng)引線孔相對(duì)應(yīng)；中心支撐點(diǎn)引線孔位置與絕緣層上的中心支撐點(diǎn)引線孔相對(duì)應(yīng)。如上所述的一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置，其中，述的下封帽由下封帽器件層、下封帽絕緣層、下封帽支撐層組成，下封帽中的器件層與上封帽中的器件層相同，下封帽中的器件層與上封帽中的器件層關(guān)于敏感結(jié)構(gòu)對(duì)稱放置，下封帽中絕緣層及支撐層為圓片結(jié)構(gòu)。如上所述的一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置，其中，所述的質(zhì)量塊為扇形柱體，扇形的角度為50°～80°。如上所述的一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置，其中，驅(qū)動(dòng)動(dòng)齒與驅(qū)動(dòng)定齒的個(gè)數(shù)為20～60個(gè)。本專利技術(shù)的顯著效果是：本專利技術(shù)中的驅(qū)動(dòng)梳齒為不等高梳齒，避免了硅微陀螺敏感裝置工作狀態(tài)下由于質(zhì)量塊上下振動(dòng)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)齒上下振動(dòng)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)梳齒重疊面積的變化，從而阻斷了檢測(cè)到驅(qū)動(dòng)的耦合通道，避免了耦合誤差。本專利技術(shù)采用4質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，抵消了在硅微陀螺敏感裝置工作狀態(tài)下基座所受耦合力矩。該硅微陀螺敏感裝置驅(qū)動(dòng)模態(tài)為相間質(zhì)量塊沿Z軸同相旋轉(zhuǎn)振動(dòng)，相臨質(zhì)量塊沿Z軸反相旋轉(zhuǎn)振動(dòng)；其檢測(cè)模態(tài)為相間質(zhì)量塊沿Z軸同相振動(dòng)，相臨質(zhì)量塊沿Z軸反相振動(dòng)，因此抵消了在硅微陀螺敏感裝置工作狀態(tài)下基座所受耦合力矩。電極單邊引出，降低了加工成本。上、下封帽上的平面電極塊通過(guò)連接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)相連，實(shí)現(xiàn)了下封帽上的信號(hào)從上面?zhèn)鞒觯瑥亩路饷鄙系慕^緣層及支撐層不再需要打孔，節(jié)約了加工成本。附圖說(shuō)明圖1是硅微陀螺敏感裝置裝配關(guān)系示意圖；圖2是四質(zhì)量塊振動(dòng)式硅微陀螺敏感裝置剖面示意圖；圖3是四質(zhì)量塊振動(dòng)式硅微陀螺敏感裝置敏感結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是四質(zhì)量塊振動(dòng)式硅微陀螺敏感裝置上封帽器件層示意圖；圖5是四質(zhì)量塊振動(dòng)式硅微陀螺敏感裝置上封帽絕緣層示意圖；圖6是四質(zhì)量塊振動(dòng)式硅微陀螺敏感裝置上封帽支撐層示意圖；圖7是四質(zhì)量塊振動(dòng)式硅微陀螺敏感裝置下封帽器件層示意圖；圖8是四質(zhì)量塊振動(dòng)式硅微陀螺敏感裝置下封帽絕緣層示意圖；圖9是四質(zhì)量塊振動(dòng)式硅微陀螺敏感裝置下封帽支撐層示意圖。圖中：10.敏感結(jié)構(gòu)，11.質(zhì)量塊，12.支撐梁，13.驅(qū)動(dòng)動(dòng)齒，14.驅(qū)動(dòng)定齒，15.驅(qū)動(dòng)定齒鉚接塊，16.驅(qū)動(dòng)定齒連接塊，17.連接結(jié)構(gòu)，18.中心支撐點(diǎn)，20.上封帽，20a.上封帽器件層，20b.上封帽絕緣層，20c.上封帽支撐層，21.平面電極塊，22.驅(qū)動(dòng)定齒鉚接塊，23.連接結(jié)構(gòu)，24.上封帽中心支撐點(diǎn)，25.平面電極引線孔，26.梳齒電極引線孔，27.中心支撐點(diǎn)引線孔，30.下封帽，30a.下封帽器件層，30b.下封帽絕緣層，30c.下封帽支撐層，31.平面電極塊，32.驅(qū)動(dòng)定齒鉚接塊，33.連接結(jié)構(gòu)，34.中心支撐點(diǎn)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)的一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置進(jìn)行介紹：如圖3所示，建立如下坐標(biāo)系：以水平方向向右為X軸正向，豎直方向向上為Y軸正向，Z軸垂直于X軸和Y軸形成的平面、且符合右手定則。如圖1和圖2所示，一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置，包括大致為圓形的敏感結(jié)構(gòu)10和分別本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置，包括敏感結(jié)構(gòu)(10)和分別設(shè)置敏感結(jié)構(gòu)(10)上下兩側(cè)的上封帽(20)、下封帽(30)，其特征在于：所述的敏感結(jié)構(gòu)(10)包括4個(gè)質(zhì)量塊(11)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置，包括敏感結(jié)構(gòu)(10)和分別設(shè)置在敏感結(jié)構(gòu)(10)上下兩側(cè)的上封帽(20)、下封帽(30)，其特征在于：所述的敏感結(jié)構(gòu)(10)包括4個(gè)質(zhì)量塊(11)、4組支撐梁(12)、8組驅(qū)動(dòng)動(dòng)齒(13)、8組驅(qū)動(dòng)定齒(14)、8個(gè)驅(qū)動(dòng)定齒連接塊(16)、8個(gè)驅(qū)動(dòng)定齒鉚接塊(15)、中心支撐點(diǎn)(18)、4個(gè)連接結(jié)構(gòu)(17)，4個(gè)質(zhì)量塊(11)沿圓周方向均勻布置，每個(gè)質(zhì)量塊(11)均通過(guò)一個(gè)支撐梁(12)與中心支撐點(diǎn)(18)連接，每個(gè)質(zhì)量塊(11)的兩側(cè)均帶有驅(qū)動(dòng)動(dòng)齒(13)，在相鄰質(zhì)量塊(11)之間設(shè)置2個(gè)驅(qū)動(dòng)定齒連接塊(16)，該驅(qū)動(dòng)定齒連接塊(16)為扇形柱體零件，在朝向相鄰的質(zhì)量塊(11)一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)置驅(qū)動(dòng)定齒(14)，該驅(qū)動(dòng)定齒(14)通過(guò)在驅(qū)動(dòng)定齒連接塊(16)的側(cè)壁上設(shè)置凸起實(shí)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)定齒連接塊(16)的一端設(shè)置驅(qū)動(dòng)定齒鉚接塊(15)，兩個(gè)相鄰的驅(qū)動(dòng)定齒鉚接塊(15)的外端設(shè)置一個(gè)連接結(jié)構(gòu)(17)，所有連接結(jié)構(gòu)(17)均勻設(shè)置在敏感結(jié)構(gòu)(10)外側(cè)，每個(gè)連接結(jié)構(gòu)(17)角度范圍均跨越相臨的兩個(gè)質(zhì)量塊(11)所在的角度范圍，所述的驅(qū)動(dòng)動(dòng)齒(13)與驅(qū)動(dòng)定齒(14)交錯(cuò)布置，形成變面積式驅(qū)動(dòng)梳齒，質(zhì)量塊(11)、支撐梁(12)、驅(qū)動(dòng)動(dòng)齒(13)等厚；驅(qū)動(dòng)定齒(14)、驅(qū)動(dòng)定齒連接塊(16)、驅(qū)動(dòng)定齒鉚接塊(15)、中心支撐點(diǎn)(18)、連接結(jié)構(gòu)(17)等厚。2.如權(quán)利要求1所述的一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置，其特征在于：所述的4個(gè)質(zhì)量塊(11)沿圓周方向均勻布置時(shí)，相對(duì)的兩個(gè)質(zhì)量塊(11)為一組，工作狀態(tài)下保持同向運(yùn)動(dòng)；另一對(duì)質(zhì)量塊(11)為一組，工作狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)方向與前一組運(yùn)動(dòng)方向相反。3.如權(quán)利要求2所述的一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置，其特征在于：驅(qū)動(dòng)定齒(14)的上表面高于驅(qū)動(dòng)動(dòng)齒(13)2μm；驅(qū)動(dòng)定齒(14)的下表面低于驅(qū)動(dòng)動(dòng)齒(13)3μm。4.如權(quán)利要求3所述的一種四質(zhì)量塊線振動(dòng)硅微陀螺敏感裝置，其特征在于：所述的上封帽(20)由上封帽器件層(20a)、上封帽絕緣層(20b)、上封帽支撐層(20c)組成，上封帽(20)中的器件層(20a)包括4個(gè)平面電極塊(21)、4...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄭辛，楊軍，劉曉智，劉大俊，劉迎春，盛潔，楊軼博，章敏明，廖興才，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京自動(dòng)化控制設(shè)備研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：