CN114383591A - 双轴石英微机械陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微机械陀螺仪技术领域，提供了一种双轴石英微机械陀螺仪。该双轴石英微机械陀螺仪，包括第一陀螺法兰、第一减振体、第一石英微机械表芯、第二陀螺法兰、第二减振体和第二石英微机械表芯，所述第一减振体设于所述第一陀螺法兰内，所述第一石英微机械表芯设于所述第一减振体内，所述第二减振体设于所述第二陀螺法兰内，所述第二石英微机械表芯设于所述第二减振体内，所述第一陀螺法兰的第一端与所述第二陀螺法兰的第一端连接，所述第一减振体与所述第二减振体正交垂直设置。本发明实现分别对第一石英微机表芯和第二石英微机表芯的轴向减振效果，提高减振性能。

Description

双轴石英微机械陀螺仪

技术领域

本发明涉及微机械陀螺仪技术领域，特别是涉及一种双轴石英微机械陀螺仪。

背景技术

惯性器件在测量物体的角速度、加速度中有着广泛的应用。而石英微机械陀螺是通过MEMS(微机电系统)技术研制而成的新型微型惯性器件，能够敏感载体的角速度，具有体积小，重量轻，成本低，性能好，启动快，环境适应性强和可靠性高等优点。石英MEMS微机械陀螺仪的关键敏感元件为石英音叉表芯，工作原理是石英晶体的压电/逆压电效应和柯氏效应。

随着技术的发展，双轴石英微机械陀螺仪的应用环境下，各敏感器件之间存在振动干扰，导致陀螺噪声过大，输出信号中存在低频信号，需要同时测量多个轴向的角速度。现有双轴石英微机械陀螺仪采用的双轴减振结构，通过一套减振橡胶垫对两个轴向的陀螺减振，实验结果表明减振效果并不理想，且双轴陀螺的结构安装繁琐，加工装配比较耗时，浪费大量的时间，生产效率低，且环境性能实验的操作也比较繁琐，缺陷较大。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种双轴石英微机械陀螺仪，以解决现有陀螺仪减振效果差的问题。

根据本发明实施例的一种双轴石英微机械陀螺仪，包括第一陀螺法兰、第一减振体、第一石英微机械表芯、第二陀螺法兰、第二减振体和第二石英微机械表芯，所述第一减振体设于所述第一陀螺法兰内，所述第一石英微机械表芯设于所述第一减振体内，所述第二减振体设于所述第二陀螺法兰内，所述第二石英微机械表芯设于所述第二减振体内，所述第一陀螺法兰的第一端与所述第二陀螺法兰的第一端连接，所述第一减振体与所述第二减振体正交垂直设置。

根据本发明实施例的双轴石英微机械陀螺仪，通过设置第一陀螺法兰和第二陀螺法兰，实现分别对第一石英微机械表芯和第二石英微机械表芯的安装，第一减振体与第一石英微机表芯减振安装适配，第二减振体与第二石英微机表芯减振安装适配，单独装配，提高装配便捷性，第一减振体和第二减振体正交垂直设置，实现分别对第一石英微机表芯和第二石英微机表芯的轴向减振效果，提高减振性能。

根据本发明的一个实施例，所述第一减振体与所述第一陀螺法兰的内侧壁之间设有第一减振垫，所述第二减振体与所述第二陀螺法兰的内侧壁之间设有第二减振垫。

根据本发明的一个实施例，所述第一陀螺法兰的第一端设有沿所述第一陀螺法兰的轴向设置的第一内凹台，所述第二陀螺法兰的第一端设有沿所述第二陀螺法兰的轴向设置的第一外凸台，所述第一内凹台与所述第一外凸台插接适配。

根据本发明的一个实施例，所述第一内凹台的内侧壁设有沿所述第一陀螺法兰的轴向设置的限位凸起，所述第一外凸台的外侧壁设有沿所述第二陀螺法兰的轴向设置的限位凹槽，所述限位凸起与所述限位凹槽限位卡合。

根据本发明的一个实施例，所述第一内凹台背离所述第二陀螺法兰的一侧安装有与所述第一石英微机械表芯连接的第一电路板，所述第一外凸台背离所述第一陀螺法兰的一侧安装有与所述第二石英微机械表芯连接的第二电路板。

根据本发明的一个实施例，所述第一内凹台的周向侧壁设有多个沿所述第一陀螺法兰的轴向设置的第一走线通孔，所述第一外凸台的周向侧壁设有多个沿所述第二陀螺法兰的轴向设置的第二走线通孔，多个所述第一走线通孔与多个所述第二走线通孔一一对应。

根据本发明的一个实施例，所述第二陀螺法兰的第二端设有第二内凹台，所述第二内凹台安装有总电路板。

根据本发明的一个实施例，所述第一陀螺法兰的第一端的外侧套设有外缘，所述外缘设有沿所述外缘的周向设置的螺孔。

根据本发明的一个实施例，所述第一陀螺法兰的第二端盖设第一盖体，所述第二陀螺法兰的第二端盖设第二盖体。

根据本发明的一个实施例，所述第二盖体设有出线孔。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例双轴石英微机械陀螺仪的爆炸拆分图；

图2为本发明实施例双轴石英微机械陀螺仪中第一陀螺法兰的结构示意图；

图3为本发明实施例双轴石英微机械陀螺仪中第二陀螺法兰的结构示意图；

图4为本发明实施例双轴石英微机械陀螺仪中第一减振体的结构示意图；

图5为本发明实施例双轴石英微机械陀螺仪中第二陀螺法兰与第二减振体的装配示意图。

附图标记：

100、第一陀螺法兰；110、第一减振体；111、第一减振槽；112、第一安装孔；120、第一石英微机表芯；130、外缘；131、螺孔；140、第一电路板；150、第一盖体；160、第一内凹台；161、限位凸起；162、第一走线通孔；163、第一安装位；

200、第二陀螺法兰；210、第二减振体；211、第二安装孔；212、第二减振槽；220、第二电路板；230、总电路板；240、第二盖体；241、出线孔；250、第一外凸台；251、限位凹槽；252、第二走线通孔；260、第二安装位；270、第二内凹台；280、第二减振垫；290、第二石英微机表芯。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1至图5所示，本发明实施例提供一种双轴石英微机械陀螺仪，包括第一陀螺法兰100、第一减振体110、第一石英微机械表芯、第二陀螺法兰200、第二减振体210和第二石英微机械表芯，所述第一减振体110设于所述第一陀螺法兰100内，所述第一石英微机械表芯设于所述第一减振体110内，所述第二减振体210设于所述第二陀螺法兰200内，所述第二石英微机械表芯设于所述第二减振体210内，所述第一陀螺法兰100的第一端与所述第二陀螺法兰200的第一端连接，所述第一减振体110与所述第二减振体210正交垂直设置。

根据本发明实施例的双轴石英微机械陀螺仪，通过设置第一陀螺法兰100和第二陀螺法兰200，实现分别对第一石英微机械表芯和第二石英微机械表芯的安装，第一减振体110与第一石英微机表芯120减振安装适配，第二减振体210与第二石英微机表芯290减振安装适配，单独装配，提高装配便捷性，第一减振体110和第二减振体210正交垂直设置，实现分别对第一石英微机表芯120和第二石英微机表芯290的轴向减振效果，提高减振性能。

根据本发明的一个实施例，所述第一减振体110与所述第一陀螺法兰100的内侧壁之间设有第一减振垫，所述第二减振体210与所述第二陀螺法兰200的内侧壁之间设有第二减振垫280。

根据本发明的一个实施例，所述第一陀螺法兰100的第一端设有沿所述第一陀螺法兰100的轴向设置的第一内凹台160，所述第二陀螺法兰200的第一端设有沿所述第二陀螺法兰200的轴向设置的第一外凸台250，所述第一内凹台160与所述第一外凸台250插接适配。

根据本发明的一个实施例，所述第一内凹台160的内侧壁设有沿所述第一陀螺法兰100的轴向设置的限位凸起161，所述第一外凸台250的外侧壁设有沿所述第二陀螺法兰200的轴向设置的限位凹槽251，所述限位凸起161与所述限位凹槽251限位卡合。

根据本发明的一个实施例，所述第一内凹台160背离所述第二陀螺法兰200的一侧安装有与所述第一石英微机械表芯连接的第一电路板140，所述第一外凸台250背离所述第一陀螺法兰100的一侧安装有与所述第二石英微机械表芯连接的第二电路板220。

根据本发明的一个实施例，所述第一内凹台160的周向侧壁设有多个沿所述第一陀螺法兰100的轴向设置的第一走线通孔162，所述第一外凸台250的周向侧壁设有多个沿所述第二陀螺法兰200的轴向设置的第二走线通孔252，多个所述第一走线通孔162与多个所述第二走线通孔252一一对应。

根据本发明的一个实施例，所述第二陀螺法兰200的第二端设有第二内凹台270，所述第二内凹台270安装有总电路板230。

根据本发明的一个实施例，所述第一陀螺法兰100的第一端的外侧套设有外缘130，所述外缘130设有沿所述外缘130的周向设置的螺孔131。

根据本发明的一个实施例，所述第一陀螺法兰100的第二端盖设第一盖体150，所述第二陀螺法兰200的第二端盖设第二盖体240。

根据本发明的一个实施例，所述第二盖体240设有出线孔241。

本发明实施例的双轴石英微机械陀螺仪，第一陀螺法兰100和第二陀螺法兰200均为空心圆柱，第一陀螺法兰100的第一端外侧设有外缘130，外缘130上均匀分布四个用于固定第一陀螺法兰100的螺孔131，通过此四个螺孔131可以使双轴石英微机械陀螺仪固定在待测器件上。

第一陀螺法兰100的第一端设有第一内凹台160，第一内凹台160的第一侧设有第一安装位163，用于安装第一电路板140，用以下陀螺数据采集处理；第二陀螺法兰200的第一端设有第一外凸台250，第一外凸台250的第一侧设有第二安装位260，用于安装第二电路板220，用以上陀螺数据采集处理。第二陀螺法兰200的第二端设有第二内凹台270，用以安装总电路板230，用于陀螺数据采集总处理。

第一陀螺法兰100和第二陀螺法兰200之间通过第一内凹台160和第一外凸台250插接配合，也就是说，第一陀螺法兰100的第一端为凹槽结构，第二陀螺法兰200的第一端为凸台结构，装配时将第二陀螺法兰200的第一外凸台250放置在第一陀螺法兰100的第一内凹台160里面，第一内凹台160与第一外凸台250之间采用的是过盈配合把上下法兰连接起来。并且在第一内凹台160的内侧壁上设有限位凸起161，第一外凸台250的外侧壁上设有限位凹槽251，限位凸起161卡限在限位凹槽251内，使得第一陀螺法兰100和第二陀螺法兰200的相对位置固定，保证第一石英微机表芯120和第二石英微机表芯290的正交位置不变。

第一内凹台160设有四个第一走线通孔162，第一外凸台250上设有四个第二走线通孔252，第一陀螺法兰100和第二陀螺法兰200安装在一起之后，第一走线通孔162和第二走线通孔252一一位置对齐，第一走线通孔162和第二走线通孔252用于第一电路板140的走线，第一电路板140从第一走线通孔162和第二走线通孔252走线使得第一电路板140与总电路板230进行数据交换。

第一减振体110位于第一陀螺法兰100内部的空心部分，与第一陀螺法兰100同轴且与第一陀螺法兰100内壁有间隙；第二减振体210位于第二陀螺法兰200内部的空心部分，与第二陀螺法兰200同轴且与第二陀螺法兰200内壁有间隙。第一减振体110和第二减振体210结构相同，均为圆形结构，第一减振体110的内部设有一中空的长方体形第一减振槽111，第二减振体210的内部设有一中空的长方体形第二减振槽212，第一减振槽111和第二减振槽212大小形状相同，安装时第一减振体110和第二减振体210相互垂直放置。

第一石英微机表芯120放置在第一减振槽111内，第一减振槽111的尺寸与第一石英微机表芯120的大小基本相同，第二石英微机表芯290放置在第二减振槽212内，第二减振槽212的尺寸与第二石英微机表芯290的大小基本相同。第一减振槽111两侧的第一减振体110上分别设有第一安装孔112，第一安装孔112与第一石英微机表芯120的安装柱安装适配；第二减振槽212两侧的第二减振体210上分别设有第二安装孔211，第二安装孔211与第二石英微机表芯290的安装柱安装适配。在垂直放置两个单轴结构时，两个第一安装孔112和两个第二安装孔211互不遮掩且均匀对称分布。

第一减振垫位于第一陀螺法兰100及第一减振体110的之间，第二减振垫280位于第二陀螺法兰200及第二减振体210的之间，第一减振垫和第二减振垫280结构相同，且优选橡胶材质，第一减振垫和第二减振垫280分别设置四块。具体的，第一减振垫位于第一陀螺法兰100及第一减振体110的间隙中，沿环形间隙均匀分布，连接第一陀螺法兰100和第一减振体110，使第一陀螺法兰100和第一减振体110相对位置固定；第二减振垫280位于第二陀螺法兰200及第二减振体210的间隙中，沿环形间隙均匀分布，连接第二陀螺法兰200和第二减振体210，使第二陀螺法兰200和第二减振体210相对位置固定。第一减振垫和第二减振垫280采用甲基乙烯基材料，是弹性器件，可以起到减振作用，其各方向的方向刚度相同，不会出现偏振。

第一石英微机表芯120与第一减振体110采用胶粘接的方式，第二石英微机表芯290与第二减振体210之间采用胶粘接的方式，第一石英微机表芯120和第二石英微机表芯290的敏感轴成90度正交，分别检测两个轴向的角速度。陀螺仪通过螺钉组装在需要检测角速度的结构体内，第一石英微机表芯120和第二石英微机表芯290分别敏感到相应轴向的角速度，并通过第一电路板140和第二电路板220以及总电路板230将角速度信号转化成电信号传出，其中第一减振体110、第一减振垫、第二减振体210和第二减振垫280进行减振，保证各方向的方向刚度相同，不会出现偏振。

第二电路板220采取胶粘的方式固定在第二陀螺法兰200内，第二电路板220通过焊接与第二石英微机表芯290连接在一起。

第一电路板140采取胶粘的方式固定在第一陀螺法兰100内，第一电路板140通过焊接与第一石英微机表芯120连接在一起。

总电路板230采取胶粘的方式固定在第二陀螺法兰200内，总电路板230通过焊线的方式与第一电路板140、第二电路板220连接在一起。

第二盖体240通过激光封焊的方式固定在第二陀螺法兰200的第二端的相应第二凹台处，第二盖体240上有六个出线孔241，是陀螺仪的出线位置，使陀螺仪能够从出线孔241的位置出线。第一盖体150也通过激光封焊的方式固定在下陀螺相应的凸台上。

本发明实施例的双轴石英微机械陀螺仪装配过程如下：

首先，将第二陀螺法兰200与第二减振体210装配在专门为双轴石英微机械陀螺仪装配设计的陀螺灌胶工装里面，将第二陀螺法兰200与第二减振体210正确装配在陀螺灌胶工装里面之后，在第二陀螺法兰200与第二减振体210之间就会形成四块环形空隙，这四块环形空隙就是第二减振垫280的位置。装配好之后将第二减振垫280的材料灌入四块环形空隙，待材料凝固就形成了第二减振垫280，从而将第二陀螺法兰200与第二减振体210连接在一起。然后将第二石英微机械表芯通过胶粘的方式粘接在第二减振体210的长方第二减振槽212内，从而完成固定。

将第一陀螺法兰100与第一减振体110装配在专门为双轴石英微机械陀螺仪装配设计的陀螺灌胶工装里面，将第一陀螺法兰100与第一减振体110正确装配在陀螺灌胶工装里面之后，在第一陀螺法兰100与第一减振体110之间就会形成四块环形空隙，这四块环形空隙就是第一减振垫的位置。装配好之后将第一减振垫的材料灌入四块环形空隙，待材料凝固就形成了第一减振垫，从而将第一陀螺法兰100与第一减振体110连接在一起。然后将第一石英微机械表芯通过胶粘的方式粘接在第一减振体110的长方第一减振槽111内，从而完成固定。

下一步，将装配好的第二陀螺法兰200的第一外凸台250放置在装配好的第一陀螺法兰100的第一内凹台160里面，第一外凸台250与第一内凹台160之间采用的是过盈配合把第二陀螺法兰200和第一陀螺法兰100连接起来，装配过程要保证第一陀螺法兰100和第二陀螺法兰200不会损伤。装配时将第二陀螺法兰200限位凹槽251与第一陀螺法兰100的限位凸起161对齐，其使得第一陀螺法兰100和第二陀螺法兰200的相对位置固定，保证第一石英微机械表芯和第二石英微机械表芯的正交位置不变。

下一步，将第二电路板220通过胶粘的方式固定在第二陀螺法兰200相应的第一外凸台250内侧面，注意将第二电路板220的通线孔与第二走线通孔252对齐；同样将第一电路板140通过胶粘的方式固定在第一陀螺法兰100相应的第一内凹台160内侧面，注意将第一电路板140的通线孔与第一走线通孔162对齐。

将第二陀螺法兰200相应的线焊接在第二电路板220上面，并将第二石英微机械表芯的管腿焊接在第二电路板220上；将总电路板230通过胶粘的方式固定在第二陀螺法兰200的相应第二内凹台270上；将第一陀螺法兰100相应的线焊接在第一电路板140上，并将第一石英微机械表芯的管腿焊接在第一电路板140上；然后将第一陀螺法兰100的走线通过第一走线通孔162、第二走线通孔252和第二电路板220，与第二电路板220的走线汇合，穿过总电路板230，最终由第二盖体240的出线孔241穿出。

下一步，将走线穿过第二盖体240的出线孔241到达陀螺仪外部，然后将第二盖体240通过激光封焊的方式固定在第二陀螺法兰200的第二端处，第二盖体240封焊时注意第二盖体240的出线孔241周围矩形结构的位置。

最后将第一盖体150通过激光封焊的方式固定在第一陀螺法兰100的第二端处，完成整个双轴石英微机械陀螺仪的装配。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种双轴石英微机械陀螺仪，其特征在于，包括第一陀螺法兰、第一减振体、第一石英微机械表芯、第二陀螺法兰、第二减振体和第二石英微机械表芯，所述第一减振体设于所述第一陀螺法兰内，所述第一石英微机械表芯设于所述第一减振体内，所述第二减振体设于所述第二陀螺法兰内，所述第二石英微机械表芯设于所述第二减振体内，所述第一陀螺法兰的第一端与所述第二陀螺法兰的第一端连接，所述第一减振体与所述第二减振体正交垂直设置。

2.根据权利要求1所述的双轴石英微机械陀螺仪，其特征在于，所述第一减振体与所述第一陀螺法兰的内侧壁之间设有第一减振垫，所述第二减振体与所述第二陀螺法兰的内侧壁之间设有第二减振垫。

3.根据权利要求1所述的双轴石英微机械陀螺仪，其特征在于，所述第一陀螺法兰的第一端设有沿所述第一陀螺法兰的轴向设置的第一内凹台，所述第二陀螺法兰的第一端设有沿所述第二陀螺法兰的轴向设置的第一外凸台，所述第一内凹台与所述第一外凸台插接适配。

4.根据权利要求3所述的双轴石英微机械陀螺仪，其特征在于，所述第一内凹台的内侧壁设有沿所述第一陀螺法兰的轴向设置的限位凸起，所述第一外凸台的外侧壁设有沿所述第二陀螺法兰的轴向设置的限位凹槽，所述限位凸起与所述限位凹槽限位卡合。

5.根据权利要求3所述的双轴石英微机械陀螺仪，其特征在于，所述第一内凹台背离所述第二陀螺法兰的一侧安装有与所述第一石英微机械表芯连接的第一电路板，所述第一外凸台背离所述第一陀螺法兰的一侧安装有与所述第二石英微机械表芯连接的第二电路板。

6.根据权利要求5所述的双轴石英微机械陀螺仪，其特征在于，所述第一内凹台的周向侧壁设有多个沿所述第一陀螺法兰的轴向设置的第一走线通孔，所述第一外凸台的周向侧壁设有多个沿所述第二陀螺法兰的轴向设置的第二走线通孔，多个所述第一走线通孔与多个所述第二走线通孔一一对应。

7.根据权利要求1所述的双轴石英微机械陀螺仪，其特征在于，所述第二陀螺法兰的第二端设有第二内凹台，所述第二内凹台安装有总电路板。

8.根据权利要求1所述的双轴石英微机械陀螺仪，其特征在于，所述第一陀螺法兰的第一端的外侧套设有外缘，所述外缘设有沿所述外缘的周向设置的螺孔。

9.根据权利要求1至8任一项所述的双轴石英微机械陀螺仪，其特征在于，所述第一陀螺法兰的第二端盖设第一盖体，所述第二陀螺法兰的第二端盖设第二盖体。

10.根据权利要求9所述的双轴石英微机械陀螺仪，其特征在于，所述第二盖体设有出线孔。

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