CN109186574A - 一种微型半球谐振陀螺 - Google Patents

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庄须叶
王新龙
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Abstract

本发明提供一种微型半球谐振陀螺，它包括基座（1），在基座（1）内设有谐振子（2），在基座（1）上设有盖板（3），在盖板（3）上设有与谐振子（2）对应配合的第一电极（4）和第二电极（5），在盖板（3）还分别设有与第一电极（4）和第二电极（5）对应配合的信号输出孔（6）。本发明结构简单、制造方便、精度高，抗冲击能力强等优点。

Description

一种微型半球谐振陀螺
技术领域：
本发明涉及微机电系统技术领域，具体地说就是一种微型半球谐振陀螺。
背景技术：
陀螺仪是一种能够敏感载体角度或角速度的惯性器件，在姿态控制和导航定位等领域有着非常重要的应用。随着消费电子、工业机器人、车辆、船舶导航、无人机制造业等工业的发展，对陀螺仪的需求也逐渐向着低成本、小体积、高精度、高可靠性的方向发展。基于微机电系统技术的微机电陀螺，采用微纳加工技术，具有批量生产成本低、一致性好的特点，这其中微半球陀螺仪因其自身的抗冲击能力强，具有做成高精度陀螺仪的潜力，目前已经成为微机电陀螺领域的研究热点。但现有的微半球陀螺仪大多存在精度底、可靠性差，基频差较大，陀螺的电学驱动裕度较低等缺点。
发明内容：
本发明就是为了克服现有技术中的不足，提供一种微型半球谐振陀螺。
本发明提供以下技术方案：
一种微型半球谐振陀螺，它包括基座，在基座内设有谐振子，其特征在于：所述的谐振子为半球壳形，在谐振子底部设有支撑锚点；所述基座为槽形，在槽底上设有与支撑锚点对应配合的支撑座,在谐振子上端部向外设有翻边；设置一个与基座对应配合的盖板，在盖板底部设有至少一个第一电极和至少一个第二电极，在盖板上还分别设有与第一电极和第二电极相对应的信号输出孔。
在上述技术方案的基础上，还可以有以下技术方案：
在第一电极一侧的盖板上还设有吸气剂涂层。
所述的支撑座为圆筒状，所述的支撑锚点插入圆筒状的支撑座内与其形成连接配合。
在所述的支撑座为圆柱状，在支撑锚点底端设有与圆柱状对应配合的插槽。
在每个信号输出孔内均设有同轴分布的绝缘套筒,在绝缘套筒内设有一端与对应电极配合连接的导电介质。
所述的谐振子和翻边为一体式结构，并由单晶金刚石制成。
发明优点：
本发明具有精度高、可靠性高，基频差较小，提高了陀螺的电学驱动裕度等优点。
附图说明：
图1是本发明实施例2的结构示意图；
图2是本发明实施例1或3的结构示意图；
图3是本发明实施例3的俯视图；
图4是本发明实施例2的俯视图；
图5是本发明实施例1的俯视图。
具体实施方式：
实施例1
如图2和5所示，一种微型半球谐振陀螺，它包括一个槽形的基座1，在槽底的中心处设有支撑座1b，所述的支撑座1b为圆柱状，在支撑座1b上端设有支撑锚点2a，在所述的支撑锚点2a下方设有与支撑座1b形成插接配合的插槽2c。
在支撑锚点2a顶端设有谐振子2，所述的谐振子2为开口向上的半球壳形。谐振子2上开口端为圆形，在上开口端端部设有一圈水平分布的翻边2b，所述翻边2b的上表面与谐振子2的上开口端端面在同一水平面上，所述的谐振子2和翻边2b为一体式结构，并由单晶金刚石制成。
在基座1的两侧的槽壁顶端跨设有盖板3，在盖板3下表面上设有绝缘层3a,在绝缘层3a的下表面上设有吸气剂涂层8，通过吸气剂涂层来确保盖板下方空间处于的真空状态。
所述吸气剂涂层8与谐振子2的上开口端端面同轴设置，在吸气剂涂层8外侧的绝缘层3a上设有一个与环形的第一电极4，所述的第一电极4与翻边2b为同轴分布，且位于翻边2b上方，并与翻边2b之间设有垂直方向的间距，且所述第一电极4的外圆面直径与翻边2b外圆面的直径相同。
在所述的第一电极4外侧的绝缘层3a上均布有一组成圆周状分布的第二电极5，所每个第二电极5的内侧的侧壁位于翻边2b的外侧，且与翻边2b之间设有水平方向的间距，所述第二电极5的下表面位于翻边2b下表面的下方，所述的一组第二电极5的数量为偶数。
在盖板3上设有一个第一电极4对应配合信号输出孔6，在该信号输出孔6外侧的盖板3上还设有一组与第二电极5一一对应的信号输出孔6。在每个信号输出孔6内均设有同轴分布的绝缘套筒6a，在每个绝缘套筒6a内均设有一端与对应电极配合连接的导电介质7，所述的导电介质7为掺杂多晶硅的圆柱状。
实施例2：
如图1和4所示，一种微型半球谐振陀螺，它包括一个槽形的基座1，在槽底的中心处设有支撑座1b，所述的支撑座1b为圆筒状，在支撑座1b内插接有同轴分布的支撑锚点2a。在支撑锚点2a顶端设有谐振子2，所述的谐振子2为开口向上的半球壳形。在谐振子2上开口端为圆形，在上开口端上向外设有一圈水平分布的翻边2b，所述翻边2b的上表面与谐振子2的上开口端端面在同一水平面上，所述的谐振子2和翻边2b为一体式结构，并由单晶金刚石制成。
在基座1的两侧的槽壁顶端跨设有盖板3，在盖板3下表面上设有绝缘层3a,在绝缘层3a的下表面上设有吸气剂涂层8，通过吸气剂涂层来确保盖板下方空间处于的真空状态。
所述吸气剂涂层8与谐振子2的上开口端端面同轴设置，在吸气剂涂层8外侧的绝缘层3a上均布有一组成圆周状分布的第一电极4，所述的每个第一电极4均位于翻边2b上方，且与翻边2b之间设有垂直方向的间距，所述第一电极4的外侧壁与翻边2b的外圆面在同一圆周上。
在所述的一组第一电极4外侧的绝缘层3a上设有一个第二电极5，所述的第二电极5为环形与谐振子2的上开口端端面同轴设置。所述第二电极5的环形内壁位于与翻边2b外侧，且与翻边2b之间设有水平方向的间距，所述第二电极5的下表面位于翻边2b下表面的下方。
在盖板3上设有一组与第一电极4一一对应的信号输出孔6，在所述的一组信号输出孔6外侧的盖板3上还设有另一个与第二电极5对应的信号输出孔6。在每个信号输出孔6内均设有同轴分布的绝缘套筒6a，在每个绝缘套筒6a内均设有一端与对应电极配合连接的导电介质7，所述的导电介质7为掺杂多晶硅的圆柱状。
实施例3：
如图2和3所示，一种微型半球谐振陀螺，它包括一个槽形的基座1，在槽底的中心处设有支撑座1b，所述的支撑座1b为圆柱状，在支撑座1b上端设有支撑锚点2a，在所述的支撑锚点2a下方设有与支撑座1b形成插接配合的插槽2c。
在支撑锚点2a顶端设有谐振子2，所述的谐振子2为开口向上的半球壳形。在谐振子2上开口端为圆形，在上开口端上向外设有一圈水平分布的翻边2b，所述翻边2b的上表面与谐振子2的上开口端端面在同一水平面上，所述的谐振子2和翻边2b为一体式结构，并由单晶金刚石制成。
在基座1的两侧的槽壁顶端跨设有盖板3，在盖板3下表面上设有绝缘层3a,在绝缘层3a的下表面上设有吸气剂涂层8，通过吸气剂涂层来确保盖板下方空间处于的真空状态。
所述吸气剂涂层8与谐振子2的上开口端端面同轴设置，在吸气剂涂层8外侧的绝缘层3a上一组成圆周状分布的第一电极4，所述的每个第一电极4均位于翻边2b上方，且与翻边2b之间设有垂直方向的间距,所述第一电极4的外侧壁与翻边2b的外圆面在同一圆周上。
在每个第一电极4外侧的绝缘层3a均对应分布有一个第二电极5，所述每个第二电极5的内侧的侧壁位于翻边2b的外侧，且与翻边2b之间设有水平方向的间距，所述第二电极5的下表面位于翻边2b下表面的下方，所述的一组第一电极4和第二电极5的数量均为偶数。
在盖板3上设有一组与第一电极4和第二电极5相对应的信号输出孔6，所述的信号输出孔6与第一电极4和第二电极5为一一对应。在每个信号输出孔6内均设有同轴分布的绝缘套筒6a，在每个绝缘套筒6a内均设有一端与对应电极配合连接的导电介质7，所述的导电介质7为掺杂多晶硅的圆柱状。
工作原理：
本发明提出利用单晶金刚石制备微半球谐振器，同时利用两组电极，第一电极和第二电极实现陀螺谐振器的驱动和检测，第一电极和第二电极具有一个环形电极或一组成圆周状分布电极两种形式。
通过组合可以形成环形的第一电极和一组成圆周状分布的第二电极（实施例1）、一组成圆周状分布的第一电极和一个环形的第二电极（实施例2）、一组成圆周状分布的第一电极和一组成圆周状分布的第二电极（实施例3）的三种形式。一组成圆周状分布的电极可以有效的驱动谐振器起振，一个环形电极可在陀螺的工作过程中提供能量，维持陀螺的振动过程稳定，同时两组成圆周状分布的电极可形成差分检测方式，提高陀螺的检测精度。

Claims (6)

1.一种微型半球谐振陀螺，它包括基座（1），在基座（1）内设有谐振子（2），其特征在于：所述的谐振子（2）为半球壳形，在谐振子（2）底部设有支撑锚点（2a）；所述基座（1）为槽形，在槽底上设有与支撑锚点（2a）对应配合的支撑座（1b）,在谐振子（2）上端部向外设有翻边（2b）；设置一个与基座（1）对应配合的盖板（3），在盖板（3）底部设有至少一个第一电极（4）和至少一个第二电极（5），在盖板（3）上还分别设有与第一电极（4）和第二电极（5）相对应的信号输出孔（6）。
2.根据权利要求1中所述的一种微型半球谐振陀螺，其特征在于：在第一电极（4）一侧的盖板（3）上还设有吸气剂涂层（8）。
3.根据权利要求1中所述的一种微型半球谐振陀螺，其特征在于：所述的支撑座（1b）为圆筒状，所述的支撑锚点（2a）插入圆筒状的支撑座（1b）内与其形成连接配合。
4.根据权利要求1中所述的一种微型半球谐振陀螺，其特征在于：在所述的支撑座（1b）为圆柱状，在支撑锚点（2a）底端设有与圆柱状对应配合的插槽（2c）。
5.根据权利要求1中所述的一种微型半球谐振陀螺，其特征在于：在每个信号输出孔内均设有同轴分布的绝缘套筒（6a）,在绝缘套筒（6a）内设有一端与对应电极配合连接的导电介质（7）。
6.根据权利要求1中所述的一种微型半球谐振陀螺，其特征在于：所述的谐振子（2）和翻边（2b）为一体式结构，并由单晶金刚石制成。
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