CN103115617B - 静态电容可调式微动调陀螺仪精密装配体结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静态电容可调式微动调陀螺仪精密装配体结构，包括滑轮式底座、电机座、下电极支架、上电极支架、转子下托片、转子上压片、垫圈、轴承座、轴承零件、电机、电机轴、陀螺转子、上电极、下电极和尼龙，所述电机固定在电机座上，电机座与滑轮式底座装配，所述电机座与下电极支架通过螺纹装配，下电极支架上固定有与陀螺转子间距可旋转调节的下电极，且下电极支架外围设有刻度，所述垫圈和上电极支架固定在下电极支架上。本发明可以使用不同厚度的垫圈调节上极板与转子体的间距，从而调节其静态电容的大小。下电极支架还可放置微机电接口电路板，减小引线长度，提高信号抗干扰能力。

Description

静态电容可调式微动调陀螺仪精密装配体结构

技术领域

本发明涉及微动力调谐陀螺仪，具体涉及一种静态电容可调式微动调陀螺仪精密装配体结构。

背景技术

动力调谐陀螺仪发展于上世纪60年代，是一种用挠性支承悬挂转子陀螺，陀螺转子内环与驱动电机固连，其挠性支承的弹性刚度由支承本身产生的动力效应来补偿的二自由度陀螺仪。动力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。挠性接头的结构能保证陀螺仪在垂直于驱动轴有速度时，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。另一方面，该信号通过静电力反馈产生力矩，作用陀螺转子，使陀螺转子回到平衡位置。挠性接头是一种连接装置，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弹性力矩相平衡，就是动力调谐。目前，动力调谐陀螺仪在精度、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。动力调谐陀螺仪具有稳定性好、线路简单、线性度好等优点。

传统动力调谐陀螺仪转子体设计和加工复杂，体积较大，随着微机械加工技术的发展，动力调谐陀螺仪转子体已可采用硅微加工技术加工，也就是现在的微动力调谐陀螺仪。微动力调谐陀螺仪是2003年在美国由Jenkins等人专利中首先提出，随后国内外各研究单位均对微动力调谐陀螺仪进行了研究。微动力调谐陀螺仪由内环、平衡环、转子环和扭杆弹簧组成，其采用硅微加工技术加工，具有体积小，质量轻，成本低等优点。东南大学王寿荣、苏岩等发明了的调谐式微机电陀螺仪，其采用电容检测技术。但是，其设计的调谐式微机电陀螺仪的静态电容大小固定，无法调整。其载波和偏置电压必须从各电极板加入，导致引线复杂，影响接口电路的性能，其调谐式微机电陀螺仪采用一体化加工，无法实现陀螺的拆卸和装配，不利于陀螺的移植性。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有微动调陀螺仪静态电容值不可调的缺点，以及微调谐陀螺仪接口电路引线复杂，提供一种静态电容可调式微动调陀螺仪精密装配体结构。

本发明采用的技术方案为：一种静态电容可调式微动调陀螺仪精密装配体结构，包括滑轮式底座、电机座、下电极支架、上电极支架、转子下托片、转子上压片、垫圈、轴承座、轴承零件、电机、电机轴、陀螺转子、上电极、下电极和尼龙，所述电机固定在电机座上，电机座与滑轮式底座装配，所述电机座与下电极支架通过螺纹装配，下电极支架上固定有与陀螺转子间距可旋转调节的下电极，且下电极支架外围设有刻度，所述垫圈和上电极支架固定在下电极支架上，所述轴承座插放在上电极支架上，上电极支架上固定有上电极，轴承座孔内采用尼龙与轴承座绝缘，所述轴承零件固定于尼龙内部，所述转子下托片套放在电机轴上，并设置转子上压片压住。

作为优选，所述转子上压片设有凸台，被轴承内圈压住，使转子体、轴承内圈和电机一起旋转。轴承外圈固定在尼龙上，载波和偏置电压信号可以加载到轴承外圈，通过轴承加到电机轴和转子体上。由于轴承外圈静止，可引线加入载波等信号，简化通过电极板多个引脚加入信号。

作为优选，所述滑轮式底座与电机座均设有可旋转调节的滑槽，使基座与电极板的坐标保持一致。下电极支架与上电极支架均设有深槽，确保上、下电极坐标保持一致。

作为优选，所述下电极支架放置微机电接口电路板，减小引线长度，提高信号抗干扰能力。

所述电机座与下电极支架通过螺纹装配在一起，通过旋转下电极支架调节下电极与陀螺转子之间的间距，即可实现下电极与转子体之间的静态电容可调。所述垫圈设有不同的厚度，用于调节上电极支架与下电极支架之间的距离。微动调陀螺转子体在上下电极之间，下电极与转子体之间的距离确定之后，即可调节上电极与转子体之间的间隙，实现上电极与转子体之间的静态电容可调。

有益效果：本发明具有的优点是：

1、静态电容大小可调。通过旋转下极板支架可调节下极板与转子体之间的间距，并设有刻度观察调节间距，通过放置不同厚度的垫圈调节上极板与转子体之间的间距。静态电容大小可调的优点有：

1）电容到电压的转换系数可调。由于C/V转换系数与静态电容值有关，调节静态电容值即可调节C/V转换系数，使陀螺检测灵敏度可调，即陀螺的标度因素可调。

2）调整适当位置，可防止间隙过小导致转子体和电极板产生吸合效应。由于微动调陀螺仪需加高压使其工作在动力调谐状态，间隙过小很可能使其产生吸合效应，影响陀螺工作状态。

3）可以方便的测量陀螺的电极板和陀螺转子之间的间隙和静态电容值之间的关系，与理论值进行比较，找到加工误差所在，为加工工艺和装配工艺提供参考依据。如电极板与陀螺转子是否平行，电极支架的电极板放置面是否水平，电极板表面有没有破损等等。

2、简化载波和偏置信号输入接口。由于轴承的设计，我们不用通过电极板多个引脚加入载波和偏置信号，只需通过轴承外圈直接将信号加入陀螺的公共端，简化了接口电路，提高了信号的抗干扰能力。

3、调节静态电容时可保证电极板坐标与整个装配体坐标一致。由于旋转调节静态电容大小时，极板坐标也会旋转改变。可通过滑轮式底座旋转调节装配体坐标，使装配体坐标和极板坐标保持一致，有利于各坐标轴角速度输入测量。上下极板支架设有深槽，深槽对应可保证上下极板的坐标保持一致。

4、下极板支架可以放置陀螺接口电路板，保证陀螺引线足够短，减小信号干扰。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1和2所示，一种静态电容可调式微动调陀螺仪精密装配体结构，包括滑轮式底座1，电机座6，下电极支架2，上电极支架4，转子下托片8，转子上压片，垫圈3，轴承座5，轴承零件9，电机7，上电极，下电极，陀螺转子，尼龙，插销，螺丝等。滑轮式底座1与电机座6装配，电机7固定在电机座6上，滑轮式底座1与电机座6可以通过滑槽旋转。下电极粘连在下电极支架2上，电机座6与下电极支架2通过螺纹装配在一起，下电极与陀螺转子的间距可通过旋转调节，且下电极支架2有刻度。上电极粘连在上电极支架4上，上电极支架4和下电极支架2都设有对应的深槽，用于对应上、下电极的坐标。垫圈3和上电极支架4通过插销和螺丝固定在下电极支架2上，垫圈3有不同的厚度，用于调节上电极与转子的间距。轴承座5可插放在上电极支架4上，轴承座5孔内用尼龙与轴承座5绝缘，轴承零件9固定于尼龙内部。转子体用转子下托片8和转子上压片套放在电机轴上，转子上压片的凸台由轴承内圈压住，接口电路板能够固定在下电极支架2上。

整个微动调装配体从下往上依次装配滑轮式底座1、电机座6、下电极支架2（下电极先粘好）、转子下托片8，陀螺转子、转子上压片、接口电路板、垫圈3、上电极支架4（上电极先粘好）和轴承座5（轴承零件9和尼龙先装好）。

所述转子上压片的左侧平面压在陀螺转子体的内环上，右侧设有凸台，凸台由轴承内圈压住，可随电机7一起转动，该零件的孔径必须与电机轴一致。

所述转子下托片8的下面窄的部分与电机7的轴承连接，电机7转动带动转子下托片8转动，上面凸台的半径必须与陀螺转子内环孔径一致，使陀螺内环能够嵌入到凸台上。侧面有加紧螺孔，确保下托片与电机7转动速度一致。该零件的孔径必须与电机轴一致。

所述滑轮式底座1设有4个螺孔，可将装配体固定在工作面上。底座设有凹槽和凸台，凹槽内设有3个滑槽，可进行120度旋转，用于调整装配体坐标，调整好坐标后也可用螺丝与电机座固定，凸台可嵌入到电机座内旋转。

所述电机座6里面的四个螺孔用于固定电机7，内孔壁上有滑槽，便于滑轮式底座1旋转，外围壁上有螺纹，用于和下电极支架2装配。

所述下电极支架2有4个支架，用于支撑电极板和接口电路板，其中一个支架刻有深槽，用于对应上下极板的坐标位置。内孔壁上有螺纹，用于和电机座装配，外围有120个刻度和4个螺孔，便于观察旋转间距，当调节好下极板与转子体之间的间距后可通过螺孔固定。边缘有插销槽和螺孔，用于定位和固定。

所述上电极支架4有3个支架，用于固定上电极和轴承座5，其中一个支架刻有深槽，与下电极支架2对应。边缘有插销槽和螺孔槽，用于定位和固定。

此微动调陀螺仪装配体的工作原理是：调整好静态电容大小和滑轮式底座和电极板坐标一致后，电机高速转动时，电机轴带动转子下托片转动，从而带动转子体和转子上压片转动，转子上压片的凸台与轴承内圈压在一起，可带动轴承内圈旋转，轴承外圈静止，轴承座有孔引线到轴承外圈加入载波和偏置信号。当外界有x/y角速度输入时，产生哥式加速度，高速转子体会发生偏转，引起转子体和极板之间电容的变化，通过电极引线到接口电路和外围电路进行信号处理，即可得到输入的角速度。

静态电容调节的实施方式是：下电极支架与电机座是螺纹装配，旋转一周可调节0.5mm的间距，在下电极支架外围刻有120个刻度，每旋转一周即可调节下极板和陀螺转体4.167um的间距，由于陀螺转子与电极板的间距一般在40-80um之间，一般可调节的范围为10-20个刻度。上电极与转体体的间距主要由垫圈调节，垫圈的下平面与下电极表面处于同一水平面，垫圈上平面与上电极表面处于同一水平面，上极板与转子体之间的距离等于垫圈厚度减去下极板与转子体之间的距离，再减去转子和接口电路板的厚度。若下电极与转子体的间距为60um，转子体的厚度为300um，接口电路板的厚度为1.2mm，用1.6mm厚的垫圈可使上电极板和转子体之间的间距为40um。使用不同厚度的垫圈即可调节上极板与转子体之间的距离。

简化接口电路的实施方式是：公共端信号（载波和偏置信号）可通过轴承座里面的轴承外圈加入到电机轴和转子体上，只需一根引线，大大减少了通过电极板载入公共端信号的引线数量。接口电路板可固定到下电极支架下，使电极引线到接口电路板的距离最短，提高信号抗干扰能力。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种静态电容可调式微动调陀螺仪精密装配体结构，其特征在于：包括滑轮式底座、电机座、下电极支架、上电极支架、转子下托片、转子上压片、垫圈、轴承座、轴承零件、电机、电机轴、陀螺转子、上电极、下电极和尼龙，所述电机固定在电机座上，电机座与滑轮式底座装配，所述电机座与下电极支架通过螺纹装配，下电极支架上固定有与陀螺转子间距可旋转调节的下电极，且下电极支架外围设有刻度，所述垫圈和上电极支架固定在下电极支架上，所述垫圈设有不同的厚度，用于调节上电极支架与下电极支架之间的距离，所述轴承座插放在上电极支架上，上电极支架上固定有上电极，轴承座孔内采用尼龙与轴承座绝缘，所述轴承零件固定于尼龙内部，所述转子下托片套放在电机轴上，并设置转子上压片压住。

2.根据权利要求1所述的静态电容可调式微动调陀螺仪精密装配体结构，其特征在于：所述转子上压片设有被轴承内圈压住的凸台。

3.根据权利要求1所述的静态电容可调式微动调陀螺仪精密装配体结构，其特征在于：所述滑轮式底座与电机座均设有可旋转调节的滑槽。

4.根据权利要求1所述的静态电容可调式微动调陀螺仪精密装配体结构，其特征在于：所述下电极支架与上电极支架均设有深槽。

5.根据权利要求1所述的静态电容可调式微动调陀螺仪精密装配体结构，其特征在于：所述下电极支架放置微机电接口电路板。