CN114543780A - 角速度测量结构 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及检测设备技术领域，提供一种角速度测量结构，包括：基部，基部适于连接微机械陀螺仪的封装底座；耦合框，耦合框设置在基部外侧，并通过多个弹性梁与基部连接；一对连接梁，一对连接梁连接在耦合框两侧并由耦合框两侧方向直线型延伸；驱动臂，驱动臂分别在每个连接梁背离耦合框一端设置有一对，每对驱动臂在其所在的连接梁上沿垂直于连接梁的方向分别向两侧延伸；一对检测臂，一对检测臂沿平行于驱动臂的方向由耦合框的两侧延伸，检测臂位于驱动臂之间。本发明实施例的角速度测量结构具有良好的宽温性能，结构简单、容易装配，易于小型化，并且在进行检测时检测精度更高。

Description

角速度测量结构

技术领域

本发明涉及检测设备技术领域，尤其涉及一种角速度测量结构。

背景技术

微机械陀螺仪，凭借其体积小、质量轻、功耗低、可批量化生产及成本低等优势，已广泛应用于消费电子、航空航天等技术领域。随着性能的不断提升，微机械陀螺仪成为微型惯性系统的核心和推动导航系统微小型化发展的关键器件。

现有技术中的振动陀螺元件，其结构相对于中央的检测振动系统左右对称地配置有T型的驱动振动系统，即所谓双T型振动陀螺元件，并在此基础上在检测用振动臂的延伸方向配置有一对支撑部，通过支撑部将振动陀螺元件与封装底座固定连接。此种形式的振动陀螺原件，检测用振动臂的长度比驱动用振动臂的长度短，振动陀螺元件支撑部与检测用振动臂在同方向。支撑部的存在，限制了检测用振动臂的长度，进而限制了器件的灵敏度水平。并且，其支撑梁采用弹性的导电材料，在应力作用下，会发生蠕变，器件的检测精度会随使用时间的增长而下降。另外，通过支撑梁与封装底座连接会使四角位置固定，影响器件的宽温性能。

发明内容

本发明实施例提供一种角速度测量结构，用以解决现有技术中检测精度不足和宽温性能较差的问题。

本发明实施例提供一种角速度测量结构，包括：

基部，所述基部适于连接微机械陀螺仪的封装底座；

耦合框，所述耦合框设置在所述基部外侧，并通过多个弹性梁与所述基部连接；

一对连接梁，一对所述连接梁连接在所述耦合框两侧并由所述耦合框两侧方向直线型延伸；

驱动臂，所述驱动臂分别在每个所述连接梁背离所述耦合框一端设置有一对，每对所述驱动臂在其所在的连接梁上沿垂直于所述连接梁的方向分别向两侧延伸；

一对检测臂，一对所述检测臂沿平行于所述驱动臂的方向由所述耦合框的两侧延伸，所述检测臂位于所述驱动臂之间。

根据本发明一个实施例的角速度测量结构，所述耦合框由首尾相接的杆体构成，所述连接梁和所述检测臂沿垂直于所述杆体的方向延伸。

根据本发明一个实施例的角速度测量结构，所述弹性梁设置有四个；其中两个所述弹性梁分别由所述耦合框的不同角部连接至所述基部同一侧的中部，其中另两个所述弹性梁分别由所述耦合框其他的不同角部连接至所述基部另外一侧的中部。

根据本发明一个实施例的角速度测量结构，与所述基部同一侧连接的所述弹性梁之间的所述杆体的中部形成有朝向所述基部凹陷的弯折部。

根据本发明一个实施例的角速度测量结构，所述检测臂端部与所述弯折部固定连接。

根据本发明一个实施例的角速度测量结构，所述驱动臂端部设置有驱动端质量负载。

根据本发明一个实施例的角速度测量结构，所述检测臂端部设置有敏感端质量负载。

根据本发明一个实施例的角速度测量结构，所述检测臂的两个相对侧壁上设置有凹槽，所述凹槽沿所述检测臂长度方向延伸。

根据本发明一个实施例的角速度测量结构，所述驱动臂的长度n和所述检测臂的长度m的关系为：n/3＜m＜n。

根据本发明一个实施例的角速度测量结构，所述基部通过粘接材料与所述封装底座连接，所述粘接材料为环氧胶、导电胶或共晶焊料。

本发明实施例提供的角速度测量结构，通过基座连接封装底座，不会限制耦合框的角部，更加有利于器件的宽温性能，结构简单、容易装配，易于小型化。检测臂连接耦合框，其长度不会受到与封装底座连接结构的限制，使其在有限的安装空间内能够拥有更大的长度，进而在进行检测时检测精度更高。

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是本发明一个实施例中一种角速度测量结构的正面结构示意图；

图2是本发明一个实施例中一种角速度测量结构中的各弹性梁连接结构示意图。

附图标记：

1a、9a、1b、9b-驱动臂；2a、2b-检测臂；3-基部；4-耦合框；41-弯折部；5a-第一弹性梁；5b-第二弹性梁；5c-第三弹性梁；5d-第四弹性梁；6a、6b、6c、6d-驱动端质量负载；7a、7b-敏感端质量负载；8a、8b-连接梁；10a、10b-凹槽。

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。

下面结合图1-图2描述本发明实施例的角速度测量结构。

角速度测量结构包括基部3、耦合框4、连接梁8a、8b、驱动臂1a、9a、1b、9b和检测臂2a、2b。其中基部3设置在角速度测量结构的中心位置。基部3适于连接封装底座，具体可通过粘接材料与封装底座连接，该粘接材料可以为环氧胶、导电胶、共晶焊料等。

耦合框4设置在基部3外侧，耦合框4与基部3之间形成间隔，并且通过多个弹性梁与基部3连接。在基部3以过其重心的Y轴转动时，能够通过弹性梁带动耦合框4转动。

连接梁8a、8b设置有一对，一对连接梁8a、8b分别固定在耦合框4的两侧，并向耦合框4两侧方向直线型延伸，在如图1所示出的角速度测量结构中，连接梁8a、8b沿X轴的方向延伸。

其中一个连接梁8a、8b在背离耦合框4一端连接有一对驱动臂1a、9a，其中另一个连接梁8a、8b在背离耦合框4一端连接有另一对驱动臂1b、9b。驱动臂1a、9a在其所连接的连接梁8a、8b背离耦合框4一端沿垂直于连接梁8a、8b的方向向两侧延伸；驱动臂1b、9b在其所连接的连接梁8a、8b背离耦合框4一端沿垂直于连接梁8a、8b的方向向两侧延伸。在图一所示出的角速度测量结构中可以清楚的获得：其中一个连接梁8a朝向图中的上侧延伸，另一个连接梁8b朝向图中的下侧延伸。驱动臂1a由连接梁8a的端部向上延伸，驱动臂9a由连接梁8a的端部向下延伸，驱动臂1b由连接梁8b的端部向上延伸，驱动臂9b由连接梁8b的端部向下延伸。驱动臂1a、9a、1b、9b上形成有驱动电极，能够形成振动。

检测臂2a由耦合框4沿平行于驱动臂1a、9a的方向向上延伸，检测臂2b由耦合框4沿平行于驱动臂1b、9b的方向向下延伸。检测臂2a、2b位于驱动臂1a、9a、1b、9b之间，检测臂2a、2b上形成有检测电极，能够进行角速度检测。可选的，检测臂2a、2b的两个相对侧壁上设置有凹槽10a、10b，凹槽10a、10b沿检测臂2a、2b长度方向延伸，凹槽10a、10b能够大幅度提升检测臂2a、2b的灵敏度。

驱动臂1a、9a、1b、9b端部依次设置有驱动端质量负载6a、6b、6c、6d，和/或检测臂2a、2b端部依次设置有敏感端质量负载7a、7b，能够有效提高检测精度。

为满足安装使用需求，可使驱动臂1a、9a、1b、9b的长度n和检测臂2a、2b的长度m的关系满足：n/3＜m＜n。

在未施加角速度的情况下，驱动臂1a、9a、1b、9b在XY平面内做弯曲振动。其中驱动臂1a、9a与驱动臂1b、9b所产生的振动相对于通过基部3中心的Y轴对称，驱动臂1a、9a与驱动臂1b、9b所产生的振动相互抵消，使耦合框4、弹性梁、连接梁8a、8b和检测臂2a、2b几乎不产生振动。

当输入绕过基部3重心的Z轴的角速度时，弹性梁绕过基部3重心的Z轴扭转，同时带动耦合框4、连接梁8a、8b以及驱动臂1a、9a、1b、9b旋转，产生沿Y方向的柯氏力，在柯氏力作用下，检测臂2a、2b产生检测振动，通过检测臂2a、2b上的检测电极获得检测臂2a、2b由于振动所产生的压电材料的变形，求出角速度。

与传统陀螺元件的固定方式不同，本发明实施例中的角速度测量结构是通过基部3与封装底座连接，耦合框4未与封装底座固定，具有足够的活动空间，能有效提高宽温性能。另外，由于检测臂2a、2b向耦合框4的外侧延伸，能够拥有更大的长度，有利于提高敏感性和检测精度。

在本发明一个实施例中，耦合框4由首尾相接的杆体构成，四段杆体中每相邻两段杆体的长度方向垂直。具体的，耦合框4分为两个第一杆体和两个第二杆体，两个第一杆体相互平行间隔设置，第二杆体连接在两个第一杆体之间，第一杆体和第二杆体共同构成框形结构。

连接梁8a、8b和检测臂2a、2b沿垂直于杆体的方向延伸，具体的，两个连接梁8a、8b由两个第一杆体引出，并在垂直于第一杆体的方向上延伸，两个检测臂2a、2b从两个第二杆体引出并在垂直与第二杆体方向上延伸。

进一步地，弹性梁设置有四个，其中两个弹性梁分别由耦合框4的不同角部连接至基部3同一侧的中部，其中另两个弹性梁分别由耦合框4其他的不同角部连接至基部3另外一侧的中部。为简化描述，四个弹性梁分别命名为第一弹性梁5a、第二弹性梁5b、第三弹性梁5c和第四弹性梁5d，其中第一弹性梁5a和第二弹性梁5b连接基部3同一侧的中部，第三弹性梁5c和第四弹性梁5d连接基部3另一侧的中部。此种连接方式能够使基部3具有足够的扭转角度，并且便于带动耦合框4旋转。

可选的，耦合框4由四段杆体构成，并且相对两杆体之间长度相等，此时耦合框4呈长方形，与耦合框4两对角连接的两个弹性梁相对于基部3的重心旋转对称。

更进一步地，第一杆体同时连接两个弹性梁，第一杆体形成有朝向基部3凹陷的弯折部41。如图1和图2中所示的，一个第一杆体同时连接第一弹性梁5a和第二弹性梁5b，另一个第一杆体同时连接第三弹性梁5c和第四弹性梁5d。第一杆体上形成有弯折部41。弯折部41可以为弧形段也可以为折线段，弯折部41能够有效减小耦合框4占用的空间。

再进一步地，耦合框4上与检测臂2a、2b连接的杆体位于与基部3同一侧连接的两个弹性梁之间，并且检测臂2a、2b连接弯折部41。由此，在不扩大角速度测量结构整体占用空间的前提下，充分利用耦合框4内的空间，以增大检测臂2a、2b的长度，提高检测精度。

本发明实施例中的角速度测量结构，至少具有检测精度更高、宽温性能更好、结构简单、容易装配、易于小型化以及在长时间使用过程中能够保持足够精度的优点。

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。

Claims (10)

1.一种角速度测量结构，其特征在于，包括：

基部，所述基部适于连接微机械陀螺仪的封装底座；

耦合框，所述耦合框设置在所述基部外侧，并通过多个弹性梁与所述基部连接；

一对连接梁，一对所述连接梁连接在所述耦合框两侧并由所述耦合框两侧方向直线型延伸；

驱动臂，所述驱动臂分别在每个所述连接梁背离所述耦合框一端设置有一对，每对所述驱动臂在其所在的连接梁上沿垂直于所述连接梁的方向分别向两侧延伸；

一对检测臂，一对所述检测臂沿平行于所述驱动臂的方向由所述耦合框的两侧延伸，所述检测臂位于所述驱动臂之间。

2.根据权利要求1所述的角速度测量结构，其特征在于，所述耦合框相互平行设置的两个第一杆体和相互平行设置的第二杆体构成，所述第二杆体连接在所述第一杆体之间，所述连接梁和所述检测臂沿垂直于所述第一杆体的方向延伸。

3.根据权利要求2所述的角速度测量结构，其特征在于，所述弹性梁设置有四个；其中两个所述弹性梁分别由所述耦合框的不同角部连接至所述基部同一侧的中部，其中另两个所述弹性梁分别由所述耦合框其他的不同角部连接至所述基部另外一侧的中部。

4.根据权利要求2所述的角速度测量结构，其特征在于，所述第一杆体同时连接两个所述弹性梁，所述第一杆体的中部形成有朝向所述基部凹陷的弯折部。

5.根据权利要求4所述的角速度测量结构，其特征在于，所述检测臂端部与所述弯折部固定连接。

6.根据权利要求1所述的角速度测量结构，其特征在于，所述驱动臂端部设置有驱动端质量负载。

7.根据权利要求1所述的角速度测量结构，其特征在于，所述检测臂端部设置有敏感端质量负载。

8.根据权利要求1所述的角速度测量结构，其特征在于，所述检测臂的两个相对侧壁上设置有凹槽，所述凹槽沿所述检测臂长度方向延伸。

9.根据权利要求1所述的角速度测量结构，其特征在于，所述驱动臂的长度n和所述检测臂的长度m的关系为：n/3＜m＜n。

10.根据权利要求1所述的角速度测量结构，其特征在于，所述基部通过粘接材料与所述封装底座连接，所述粘接材料为环氧胶、导电胶或共晶焊料。

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