CN113865573A - 一种基于压电/电容驱动检测的陀螺结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于压电/电容驱动检测的陀螺结构，它包括绝缘层基座（2），在绝缘层基座（2）内设有谐振子（1），在绝缘层基座（2）上设有上套筒（3a），在上套筒（3a）上设有与绝缘层基座（2）对应配合的静电电极（5），在谐振子（1）上设有压电电极（4），在上套筒（3a）、下套筒（3b）还分别设有与压电电极（4）和静电电极（5）对应配合的信号输出孔（6）。本发明提出了一种具有压电、静电两类电极的陀螺结构，陀螺能够可以利用压电和静电两种驱动方式进行驱动，可以采用静电、压电两种检测方式进行信号采集，增加了陀螺驱动、检测的手段，能够将压电、静电两种驱动检测的方法进行优势互补，有利于陀螺可靠性和检测性能的提高。
Description
技术领域
本发明涉及轴对称谐振陀螺领域，具体地说就是一种基于压电/电容驱动检测的轴对称陀螺结构。
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。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，目前已经成为陀螺领域的研究热点。但现有的轴对称陀螺仪大多存在精度底、可靠性差，有效传感面积小，陀螺的电学驱动裕度较低等缺点。
专利CN104197921A公开了一种图形转移的压印式微型半球谐振陀螺及其制备方法, 所述陀螺八个通过离子掺杂形成的电极，其中八个电极环绕中央谐振子均匀分布配置，包含四个驱动电极和四个检测电极，并通过金属引线连接至引脚处；通过在对应引脚处施加正负电压，驱动电极和检测电极可以实现静电驱动与检测。该方法在一定程度提高了微机械陀螺系统的稳定性，但是其检测和驱动方式有限，比较单一。本发明提出了一种具有压电、静电两类电极结构的陀螺结构，能够将压电、静电两种驱动检测的方法进行优势互补，有利于陀螺可靠性和检测性能的提高。
发明内容
本发明专利所要解决的技术问题在于，提供一种基于压电/电容检测的陀螺，该陀螺仪有两类电极，同时采用静电和压电两种方式进行陀螺的驱动和信号检测，可同时输出两种检测信号，其中静电驱动又分两种检测方式，分别为压电检测、静电检测，压电驱动也分两种检测方式，分别为静电检测、压电检测，有利于提高陀螺的电学驱动检测，轴对称陀螺仪精度、可靠性等。
本发明提供以下技术方案。
一种基于压电/电容驱动检测的陀螺结构，它包括基座，在基座内设有谐振子，其特征在于：所述的谐振子为轴对称型结构，在谐振子底部设有压电电极，谐振子通过锚点与基座固定；所述基座为圆盖槽形 , 在基座上设有绝缘层，在绝缘层上均布有一组与谐振子对应配合的静电驱动检测电极，设置一个与基座对应配合的套筒，在套筒上还分别设有与压电电极和静电电极相对应的信号输出孔。
在上述的技术方案的基础上，还可以有以下进一步的技术方案。
在所述的套筒分为上、下套筒，其上套筒与下套筒以凹槽形式嵌入。
所述的上套筒在基座上部，通过锚点固定。
所述在绝缘层基座与谐振子的谐振环的振动形成静电电极，内外两组静电电极与谐振子组成差分电容，可形成差分检测可进行差分方式检测。
所述的谐振子可以是多晶金刚石、碳化硅、熔石英等材料制成。
发明的优点。
本发明陀螺仪有两类电极，同时采用静电和压电两种方式进行陀螺的驱动和信号检测，可同时输出两种检测信号，其中静电驱动又分两种检测方式，分别为压电检测、静电检测，压电驱动也分两种检测方式，分别为静电检测、压电检测，可形成电容差分技术进行测试，提高了陀螺的电学驱动裕度和灵敏度，具有精度高、可靠性高，基频差较小等优点。
附图说明
图1为半球谐振陀螺整体结构爆炸图。
图2为半球谐振陀螺谐振子剖面图。
图3为半球谐振陀螺谐振子“w”型剖面图。
图4为两种轴对称型谐振子立体结构示意图。
图5为谐振子压电电极分布结构示意图。
图6为半球谐振陀螺整体封装图。
具体实施方式
下面将结合本发明专利实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明专利的一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1。
如图1、2、6所示，一种基于压电/电容驱动检测的陀螺结构，它包括轴对称的谐振子1，所述的谐振子与变幅杆1a其连接为一体，谐振子1底部带有偶数个压电检测电极4。
绝缘层基座2底部为环形的凹槽 ,在绝缘层基座上均布有一组与谐振子1对应配合的静电电极5，内外两组静电电极5-1、5-2与谐振子1组成差分电容，可形成差分检测，基座2与谐振子1通过锚点9固定。
所述绝缘层基座2上的静电电极5上端都带有引线孔6，与上套筒3a带有信号输出孔6a相一致，所述带有信号输出孔6a的上套筒与基座2通过锚点8固定，基座1的直径小于上套筒3a的直径，且基座的上端面与上套筒的下端面之间还设有一定间距。
图1最左侧为上套筒3a，与绝缘层基座2通过锚点固定，所述上套筒的盖体带有静电电极相对应信号输出孔6a，最右侧为下套筒3b，底端带有压电电极4相对应信号输出孔6b，其上套筒3a与下套筒3b以凹槽形式嵌入。
谐振子1位于装置3的中间部分，上端与绝缘层基座2连接，并通过锚点9固定，谐振子1下端为下套筒3b，所述的下套筒的底端带有压电电极4相对应信号输出孔6b，绝缘层基座2的直径小于下套筒3b的直径，且绝缘层基座2的下端面与下套筒的上端面之间还设有一定间距。
实施例2。
如图3所示，一种基于压电/电容驱动检测的陀螺结构，所述陀螺结构介绍了两种轴对称谐振子，分别为谐振子1和“w”型谐振子10，所述装置的绝缘层基座2为环形端面上设有一个环形的凹槽，所述环形的凹槽4a与“w”型谐振子10上开口端的环形端面同轴，且所述环形的凹槽的槽底与“w”型谐振子10上开口端的环形端面平行，“w”型谐振子10上有一个平面11 ，上面设置压电电极4，所述的压电电极4与“w”型谐振子10平面11粘贴。
在“w”型谐振子10的中部设有竖直向上伸出的圆柱形的锚杆7，所述的锚杆7上部连接有基座2，在绝缘层基座2外圆端面上连接有静电电极5，所述的差分电极上部、绝缘层基座2的下端面在同一水平面上。
绝缘层基座2底部为环形的凹槽 ,在绝缘层基座上均布有一组与“w”型谐振子10对应配合的电容差动检测电极5，基座2与谐振子10通过锚点固定，在绝缘层基座2上设有与静电电极5相对应的信号输出孔6a, “w”型谐振子10的直径小于差分电极5的直径，且差分电极的两侧与谐振子10之间还设有一定间距，差动电极的两侧与“w”型谐振子10在同一平面内，竖直平行，所述“w”型谐振子10上的谐振环1b与绝缘层基座2下端面在同一水平面上。
在上套筒3a上设有一组与差分电极5一一对应的信号输出孔3a，在所述的信号输出孔3a两侧的内壁上均设有绝缘套筒。
实施例3。
如图4、5所示，一种基于压电/电容驱动检测的陀螺结构，所述陀螺结构介绍了两种轴对称谐振子，分别为谐振子1和“w”型谐振子10，开口端为圆形形成谐振环1b，中部为锚杆7，所述轴对称型结构1或“w”型结构10的谐振子下端面均匀分布偶数个压电电极4，所述的压电电极与谐振子的下端面在同一水平面上。
在下套筒3b上设有一组与压电电极一一对应的信号输出孔6b。
工作原理。
本发明提出一种基于压电/电容驱动检测的陀螺结构，陀螺能够可以利用压电和静电两种驱动方式进行驱动，可以采用静电、压电两种检测方式进行信号采集，增加了陀螺驱动、检测的方法，能够将压电、静电两种驱动检测的方法进行优势互补，有利于陀螺可靠性和检测性能的提高，可形成电容差分技术进行测试，有利于提高轴对称陀螺仪精度、电学驱动裕度等。
本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以对上述方案进行等同替代，均在本发明保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于压电/电容驱动检测的陀螺结构，它包括基座（2），在绝缘层基座（2）内设有谐振子（1），其特征在于：所述的谐振子（1）为轴对称型结构，谐振子底部设有压电电极（4），谐振子（1）通过锚点9与绝缘层基座（2）固定；所述绝缘层基座（2）为凹槽圆盖形 , 在绝缘层基座（2）上均布有一组与谐振子（1）对应配合的静电电极（5），所述的绝缘层基座（2）上设置一个与基座对应配合的套筒（3），在套筒上还分别设有与压电电极（4）和静电电极（5）相对应的信号输出孔（6）。
2.根据权利要求1中所述的一种基于压电/电容驱动检测的陀螺结构，其特征在于：在绝缘层基座上均布有一组与谐振子（1）对应配合的静电电极（5），内外两组静电电极（5-1）、（5-2）与谐振子（1）组成差分电容，可形成差分检测。
3.根据权利要求1中所述的一种基于压电/电容驱动检测的陀螺结构，其特征在于：在谐振子（1）底端均匀分布的偶数个的压电电极（4），可进行陀螺的压电驱动和信号检测。
4.根据权利要求1中所述的一种基于压电/电容驱动检测的陀螺结构，其特征在于：设置一个与绝缘层基座（2）对应配合的套筒（3），所述绝缘层基座（2）上的静电电极（5）上端都带有引线孔（6），与上套筒（3a）带有信号输出孔（6a）相一致；所述的套筒（3）水平端面上还分别设有与压电电极和差动电极相对应的信号输出孔（6b）。
5.根据权利要求1中所述的一种基于压电/电容驱动检测的陀螺结构，其特征在于：所述的套筒分为上、下套筒，其下套筒（3b）以凹槽形式嵌入上套筒（3a）中，进行整体封装。
6.根据权利要求1中所述的一种基于压电/电容驱动检测的陀螺结构，其特征在于：所述的谐振子类型为轴对称型结构，所述陀螺有两类电极，一类是静电电极（5），一类是压电电极（4），其中静电驱动又分两种检测方式，分别为压电检测、静电检测，压电驱动也分两种检测方式，分别为静电检测、压电检测，可同时输出两种检测信号。
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