CN212539193U - 具有高mtbf的微型振动陀螺仪敏感单元及陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有高MTBF的微型振动陀螺仪敏感单元及陀螺仪，涉及陀螺仪技术领域，能够有效增加陀螺的MTBF，降低成本并便于实现更小体积的集成敏感单元；该敏感单元包括外壳、敏感单元基座和谐振子，所述外壳与所述敏感单元基座固接，所述谐振子设于所述外壳内部，所述敏感单元基座为绝缘材质，所述敏感单元基座内设有若干用于传输压电信号的导电结构；所述导电结构与所述敏感单元基座为密封连接；所述谐振子的垂直外壁上设有若干压电陶瓷；所述压电陶瓷通过导线与对应的导电结构连接。本实用新型提供的技术方案适用于陀螺仪设计制作的过程中。

Description

具有高MTBF的微型振动陀螺仪敏感单元及陀螺仪

【技术领域】

本实用新型涉及陀螺仪技术领域，尤其涉及一种具有高MTBF的微型振动陀螺仪敏感单元及陀螺仪。

【背景技术】

旋转角速率或角度至少可以通过三种物理现象来测量，即角动量守恒、萨格纳克效应和科里奥利力。在其最常见的形式中，陀螺仪是一种使用这些现象之一来测量或保持方向和角速度的装置。陀螺仪角旋转速率的测量可随时间积分，以确定陀螺仪角方向的变化。例如，陀螺仪可用于诸如惯性导航系统(INS)、惯性测量单元(IMU)、平台稳定、地面车辆姿态控制系统(ACS)、钻探测量仪器、飞机、船舶、航天器和/或其他应用中。

哥氏振动陀螺仪(CVG)属于机械结构(谐振子)陀螺仪的一种，该谐振子在外部哥氏力的作用下实现从一个振动模态和另外一个(或多个)模态的耦合。当只涉及两个共振模式，即主振型和次振型时，CVG成为一个单轴角速率(或者角度)传感器。

CVG代表了一种重要的惯性技术，因为它们适合微型化，适合批量生产，特别是当用于形成振动陀螺仪的谐振子是由蚀刻硅或石英晶片制成的微电子机械系统(MEMS)时，其方式与集成电路(IC)类似。

振动陀螺仪比使用角动量守恒的陀螺仪(即速率陀螺仪、速率积分陀螺仪、浮动陀螺仪、动态调谐陀螺仪(DTG))和使用Sagnac效应的陀螺仪(即光纤陀螺仪、环形激光陀螺仪)具有许多优势，因为它们可能更容易生产，更容易以更低的成本组装，体积更小，对工作环境(包括振动、冲击和温度)更稳定，最终使得它们能够提供更高的可靠性和更长的使用寿命。

CVG可以设计为开环或者深度闭环负反馈模式，在这两种模式下，陀螺仪是一种速率陀螺仪，直接测量外部的输入角速率；也可以设计为全角模式，此时陀螺仪可以测量以初始位置为基准的角度信息。

多种形式或者形状的谐振子可以用来组成CVG，其中包含谐振子的外壳和振动质量。从尺度上来划分，这些谐振子可以是大尺度的(如毫米级别)也可以是微尺度的(如微米级的MEMS)，但是，基于加工精度以及由此带来的误差机理分析来看，只有采用全对称设计的大尺度下全对称谐振子才能达到导航级的测量精度。

谐振子被设计为半球壳形状，主模态下，谐振子的唇沿发生椭圆变形，四个波节互呈90°，二阶模态也是椭圆形，一阶模态旋转45°即为二阶模态的振形，两个模态的波数是2，假设谐振子是完全对称的，两个模态的谐振频率相等，当一阶模态被完美激发后，任何在Z轴方向的输入角速率都会产生哥氏力，该哥氏力将使得谐振子激发的能量从一阶模态跃迁到二阶模态，在全闭环反馈模式下，反馈力被用来平衡或者抵消该二阶模态，从而实现反馈力等于输入哥氏力，实现输入角速率的测量；在全角模式下，二阶模态可以自由无约束接收来自一阶模态的能量转移，通过控制策略，得到维持谐振子位置自由振荡的能量，一阶模态和二阶模态组成了一个新的振型，通过测量新的振型的波节，可以计算得到输入角度的大小。

半球壳科里奥利陀螺仪通常由金属化二氧化硅(Northrop Grumman,Safran)制成，在高真空下，在谐振子和电极载体(也由金属化二氧化硅制成)之间形成的电极系统用于产生控制谐振子和测量转速或净旋转角的静电力和电容检测信号。由于该系统相对复杂、体积庞大且难以生产，因此其价格仍然很高，而且对于要求较低的应用，仅要求战术级性能(1h到10/hr)和更小的尺寸，提出了一种利用金属柱和压电换能器驱动和测量振动的轴对称设计方案。

半球壳谐振陀螺仪，采用硅基材料(熔融玻璃)，谐振子通常工作在高真空环境下，并对玻璃金属化处理，谐振子和电极组成了电子测量系统，通过静电驱动、电容测量，实现输入角度率或者角度的度量。其缺点：结构复杂、体积庞大并且难加工。

对于战术级的应用需求，采用的全对称金属谐振子的方案设计，并采用基于压电陶瓷的驱动与测量方式。

最早使用圆筒结构的是80年代的START陀螺仪，它使用了一个金属圆筒，带有压电陶瓷，与圆筒壁相连，靠近圆筒顶部的边缘。一个用来固定腔体的阀杆被放在外面，在它平底的中心。2005年提出了一种更小、更易于组装的替代设计，这一次将支撑杆置于腔体内，所有PZT压电陶瓷与谐振子平底外侧结合，而不是与气缸壁的外曲面结合。一旦谐振子连接到一个敏感单元基座上并在中等真空下封装，这种结构就形成了一种称为CVG敏感单元(Sensing Element,SE)的结构。尽管对于这种特殊情况，圆柱谐振子相对较小，外径约为25毫米，但最终，SE外形尺寸约为25毫米的高度和39毫米的敏感单元基座直径。总质量略低于80克。

图1和图3是现有技术敏感单元的结构图。敏感单元基座采用的技术是使用密封玻璃与金属密封件(即金属接线柱外周设玻璃绝缘子)，将从外部密封的导电体(引脚)送入SE。这些接线柱和周围的玻璃绝缘子的直径最多为1至2毫米。它们被焊接到一个PCB上，该PCB上设有连接器10、无源和有源元件。

玻璃-金属密封技术具有许多优点，因为它能抵抗几百度(≥400℃)的高温，能够承受极冷到极热温度(例如-65℃到+150℃)之间频繁的温度循环，并且可以承受高压负载(例如，1000bars)。众所周知，玻璃和金属部件的密封熔合可实现泄漏率(leak rates)，通常低于10^-8mbar.L.s^-1，也可能低于10^-12mbar.L.s^-1。

然而，在制造和控制过程中，玻璃密封件内未检测到的微裂纹将使外部大气缓慢但肯定地进入谐振子腔体(此时，谐振子腔体尚未完全密封)，这不可避免地会在很长一段时间内改变陀螺仪的功能参数(例如偏置漂移)。对于需要使用寿命为15年的空间应用(如电信地球同步卫星、科学、太空旅行)，这被视为一个明显的劣势。此外，在严重振动和冲击环境下(如航空航天工业领域)，玻璃的污染和纯度问题，以及玻璃的脆性问题，也会导致裂纹和裂纹扩展，以及SE内部真空的丧失。在最坏的情况下，这可能导致用户级的故障，并导致敏感单元平均无故障时间的降低。

玻璃绝缘子12的微观缺陷带来的气密性问题，导致陀螺仪的敏感单元参数改变，导致了长时间的漂移误差。这对于诸如15年或者更长寿命下的使用环境，是极其不利的。再加上，振动、冲击等航天使用环境，导致了敏感单元的MTBF受限。

现有技术使用8个接线柱4。接线柱4沿圆周等角度排列，在图2中也可以看到接线柱4与压电陶瓷2一一对齐。然后使用引线键合5将每个引脚连接到对应的压电陶瓷2上。最后，在前置电路板8的中间，连接器10用于将SE电连接到也提供电源电压的控制电子设备(未示出)。图3给出了采用玻璃绝缘子技术方案下的引脚定义方案，即在接线柱4的外围设置玻璃绝缘子12用于隔绝接线柱4与敏感单元基座3。

考虑到敏感单元(SE)的小型化，谐振子1的尺寸需要减小到10毫米以下。在这种情况下，应遵循包含所有接线柱4的圆的半径，并将其减小到小于10mm。然而，引脚的尺寸、连接器的外形尺寸以及PCB8上的无源/有源元件成为尺寸减小的主要障碍。因为在狭小的平面空间下布置多个引脚+元器件是难度比较大的。

因此，有必要研究一种适于小型化并具有高MTBF、较低生产成本的科里奥利陀螺仪设计的敏感单元来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【实用新型内容】

有鉴于此，本实用新型提供了一种适于小型化并具有高MTBF、较低生产成本的科里奥利陀螺仪设计的敏感单元以及陀螺仪，能够有效增加陀螺的MTBF，降低成本并便于实现更小体积的集成敏感单元。

本实用新型提供一种具有高MTBF(Mean Time Between Failure，平均故障间隔时间)的微型振动陀螺仪敏感单元，包括外壳、敏感单元基座和谐振子，所述外壳与所述敏感单元基座固接，所述谐振子设于所述外壳内部，其特征在于，

所述敏感单元基座为绝缘材质，所述敏感单元基座内设有若干用于传输压电信号的导电结构；所述导电结构与所述敏感单元基座为密封连接；

所述谐振子的垂直外壁上设有若干压电陶瓷；所述压电陶瓷通过导线与对应的导电结构连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述导电结构包括设于所述敏感单元基座内部的导线、设于所述敏感单元基座内表面的第一导电引脚以及设于所述敏感单元基座外表面的第二导电引脚；所述导线的两端分别与所述第一导电引脚和所述第二导电引脚连接；所述第一导电引脚和所述第二导电引脚与所述敏感单元基座之间均为密封性连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述敏感单元基座为多层陶瓷封装结构。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述多层陶瓷封装结构的横截面的形状包括但不限于圆形、正八边形和三角形。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述谐振子为高脚酒杯形，包括酒杯部和外部支撑杆；所述支撑杆的一端与所述酒杯部的底端固连，另一端与所述敏感单元基座固连。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述敏感单元基座上设有安装盲孔；所述支撑杆的外端与所述安装盲孔之间设有固联点，所述固联点为粘接点或焊接点。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述导电结构的数量大于等于所述压电陶瓷的数量。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述压电陶瓷均匀围设在所述酒杯部近支撑杆一端的垂直外壁上。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述敏感单元基座的外周设有若干凹槽，所述凹槽内设有外部减振器。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述外部减振器为导电式或非导电式的横截面为I形的阻尼器结构。

另一方面，本实用新型提供一种具有高MTBF的微型振动陀螺仪，其特征在于，所述陀螺仪包括控制电路和如上任一所述的敏感单元，所述控制回路通过所述导电结构的外端与所述敏感单元连接。

本实用新型的有益效果：

使用多层陶瓷封装的结构允许移除现有技术中使用的金属接线柱外加设玻璃的密封件、引线和PCB，这增加了MTBF，降低了成本并允许更小的集成敏感单元设计。

谐振子的支撑杆通过(例如焊接、粘接)与一整块非导电的多层陶瓷基座固连，并通过导电引脚实现内部和外部的电信号连接。

本实用新型的附加特征和优点将在下面的描述中阐述，并且部分将从描述中显而易见，或者可以通过本实用新型的实践来学习。本实用新型的优点将通过在本实用新型的说明书、权利要求书和附图中特别指出的结构来实现和实现。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1示出轴对称壳体中2阶模态的椭圆变形；

图2示出一个现有技术科里奥利陀螺仪敏感单元(SE)的实施例，包括一个圆柱形谐振子腔体及其压电陶瓷，其SE底座带有玻璃-金属密封件、环形阻尼器、电路密封盖，以及前置电路板，其承载用于连接到控制系统(未表示)的连接器；

图3示出使用圆柱形谐振子的现有技术科里奥利陀螺仪敏感单元(SE)的仰视图和俯视图；

图4示出科里奥利陀螺仪敏感单元圆柱谐振子的本实用新型实施例，该敏感单元采用多层陶瓷封装作为敏感单元基座；

图5示出本实用新型的一个实施例，具有规则的八角形结构的敏感单元基座的多层陶瓷封装俯视图；

图6示出本实用新型的一个实施例，其中连接引脚集成到多层陶瓷封装上，用作科里奥利陀螺仪敏感单元圆柱形谐振子的敏感单元基座；

图7示出本实用新型的其他实施例，其中多层陶瓷封装用作科里奥利陀螺仪的SE基座，该陀螺仪具有安装孔和单独的减振器。

其中，图中：

1、谐振子；2、压电陶瓷；3、敏感单元基座；4、接线柱；5、引线键合；6、用户安装结构；7、减振器；8、前置电路板；9、外壳；10、连接器；11、电子元件；12、玻璃绝缘子；13、电路密封盖；14、导电引脚；15、导电结构；16、导电涂层。

【具体实施方式】

为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本实用新型的出发点是解决上述问题，即玻璃绝缘子的可靠性导致气密性的问题；第二是外部引脚尺寸面积对于小尺寸的敏感单元限制的问题。

本实用新型提供的具有高MTBF的微型振动陀螺仪敏感单元，包括：

谐振子1，呈带有底座或不带有底座的高脚酒杯形，包括酒杯部和外部支撑杆；支撑杆的一端与酒杯部的底端固连，另一端与敏感单元基座3固连；敏感单元基座3上设有安装盲孔，支撑杆的外端与安装盲孔之间设有固联点，固联点为粘接点或焊接点；酒杯部为杯口开口的腔体；

多个压电陶瓷2，压电陶瓷2固联于谐振子1外壁上并等角排列；优选将压电陶瓷2附着在谐振子1酒杯部底端的垂直壁上，即靠近支撑杆的一端的垂直外壁；

多层非导电式安装基座(即敏感单元基座3，该基座由非导电式材料制备而成)，包括：

安装盲孔，位于基座中心，支撑杆的外端固联于所述安装盲孔内；

多个导电结构15，每个导电结构均包括一个设于基座内表面的第一导电引脚、一个设于基座外表面的第二导电引脚，以及一根设于基座内部用于将第一导电引脚和第二导电引脚电连接起来的导线；第一导电引脚和第二导电引脚均为多个，且一一对应；第一导电引脚与压电陶瓷数量匹配且与压电陶瓷电连接；第一导电引脚位于安装盲孔外周的敏感单元基座表面上；第二导电引脚可用于与电子元件电连接；

减振器安装凹槽，位于敏感单元基座的外周，具体为敏感单元基座3最外侧端部上；

外部减振器7，安装于减振器安装凹槽；

电路密封盖13，固联于敏感单元基座3的上方，用于对前置电路板8进行密封；

真空密封的外壳9，固联于敏感单元基座3下方、谐振子1的外部，用于对谐振子1进行密封。

进一步的，敏感单元基座3内表面的第一导电引脚通过引线键合5与压电陶瓷2电连接。

进一步的，敏感单元基座3的形状包括但不限于圆形、正八边形和三角形。

进一步的，用于适应来自压电陶瓷2的高阻抗信号的有源/无源元件安装在敏感单元基座3的外表面上，即与第二导电引脚电连接。

进一步的，用于适应来自压电陶瓷2的高阻抗信号的有源/无源元件安装在敏感单元基座3的内表面上，即与谐振子1同侧的表面。

进一步的，压电陶瓷2的数量为2的倍数，且分为相同数量的两个压电陶瓷组，包括一阶模式驱动/测量压电陶瓷组和二阶模式驱动/测量压电陶瓷组。

进一步的，导电性质的焊盘到敏感单元基座上。

进一步的，第二导电引脚分布在敏感单元基座的外表面上，或以与连接器10的引脚类似的方式分组在同一区域中。

进一步的，电路密封盖13和真空密封的外壳9均由FeNiCo制成，并使用铜-银钎焊接头钎焊至敏感单元基座3。

进一步的，外部减振器7为导电式或非导电式的截面为I形的阻尼器结构。

进一步的，I形阻尼器结构具有I形双锥形截面。

进一步的，减振器安装凹槽的横截面为与I形双锥形截面相匹配的形状。

进一步的，提供电气和机械绝缘的单个缓冲器插入陶瓷敏感单元基座的安装孔中，其I形截面可以是直的，也可以是双锥形的。如果是双锥形，则敏感单元基座安装孔与该设计相一致。

本实用新型的一个具体实施例如下：

一种适于小型化并具有高MTBF、较低生产成本的科里奥利陀螺仪设计的敏感单元，包括高脚红酒杯形谐振子1，该谐振子包括酒杯部和位于酒杯部外部的支撑杆，支撑杆的一端与酒杯部的杯底外侧固接；高脚红酒杯形谐振子可以包含高脚酒杯底座也可以不包含。多个压电陶瓷2附着在酒杯部底端的垂直壁上，即酒杯部靠近支撑杆一端的垂直圆筒壁。压电陶瓷2的数量是2的倍数，优选为8，并且被分成2组，每组中具有相同数量的压电陶瓷。一组负责驱动和测量一阶模式，另一组负责驱动和测量二阶模式。谐振子支撑杆固连(例如，焊接、粘接)到一个整体式非导电多层陶瓷构成的敏感单元基座3上，并通过焊盘实现内部和外部的电信号连接。

图4示出本实用新型的优选实施例。科里奥利陀螺仪敏感单元包括一个高脚酒杯型谐振子1，谐振子包括酒杯部和设于酒杯外部的支撑杆。多个压电陶瓷2沿圆周以等角度附着在谐振子酒杯部的外径上，具体为酒杯部靠近支撑杆一端的垂直外周壁上。这种结构特别有利于避免谐振腔品质因数的下降并提高性能。这些压电陶瓷2用于驱动和测量谐振子的一阶和二阶共振模式。为此，对这些压电陶瓷2的顶部和底部平行表面进行金属化，以使这些表面导电，并允许使用引线键合5连接进行电气连接。

压电陶瓷2的数量分为两组，每组压电陶瓷数量相同。一组负责一阶模式，另一组负责二阶模式。

优选布置使用8个压电陶瓷2，由具有中高等质量因数的PZT陶瓷材料制成，以保持谐振子的质量因数，并且具有高压电电荷系数(d_ij)。8个压电陶瓷时，每隔45度均匀分布一个压电陶瓷，即任意相邻两个压电陶瓷2与谐振子1中心轴线之间的夹角均为45度。为了便于压电陶瓷2的组装，可以对谐振子1的曲面(即酒杯部的垂直外周壁)进行处理，去掉安装位置处的弧度，使之具有能够供压电陶瓷2安装的平面，以确保压电陶瓷2的平坦安装。

谐振子支撑杆安装(例如焊接或粘合)到用作敏感单元基座3的多层陶瓷封装结构上。下图5为多层陶瓷封装结构的一个实例的俯视图。

在图5中，例如假设一个敏感单元，其中8个压电陶瓷2附着在谐振子1上，敏感单元基座3整体呈圆形，中心有一个规则的八角形，形成8根直线边，每根直线边上设有1个第一导电引脚，每个第一导电引脚均平行于与它对应的压电陶瓷。集成电路微电子中使用的引线键合器可用于在每个第一导电引脚和每个压电陶瓷之间连接引线键合5。

当然，多层陶瓷封装结构中心的规则八角形结构可以是不同的形状，例如圆形，因为与之连接的引线键合5的直径需要很小(例如25μm)，因此可以接受面积相对较小的第一导电引脚。多层陶瓷封装基座的内部设有若干导电结构15，能够将压电信号从陶瓷结构的内表面导送至外表面。导电结构15包括导线孔、设于导线孔内的导电线或导电涂层、设于敏感单元基座内表面的第一导电引脚和设于敏感单元基座外表面的第二导电引脚(导电引脚的具体形式可以是焊盘)。第一导电引脚和对应的第二导电引脚通过位于两者之间的导电线或导电涂层连接，实现两者之间连贯的导电性。导电结构数量与压电陶瓷数量一致，且一一对应。第一导电引脚用于通过引线键合5与对应的压电陶瓷2电连接，第二导电引脚用于与设于敏感单元基座3外的前置电路板8电连接。第一导电引脚和第二导电引脚都由导电材料制成。导电结构15和敏感单元基座3之间的连接满足密封要求。

导电结构15在非导电性的敏感单元基座3内传输压电信号，并通过陶瓷材料表面的第二导电引脚直接焊接到敏感单元基座3表面的电子元件11上。导电引脚14包括设于敏感单元基座3内部表面的第一导电引脚和设于敏感单元基座3外部表面的第二导电引脚。第一导电引脚通常均匀设置且与压电陶瓷一一对应，第二导电引脚可根据需要进行布置，均匀设置或集成于敏感单元基座外表面的某一个区域，以便于与电子元件实现电连接。

例如，在图4中，这些电子元件11直接安装在敏感单元基座3的外表面，即和谐振子的相对的一侧。如果空间允许，特别适用于调整传感压电信号阻抗的有源元件，使它们更靠近第二导电引脚，在电路密封盖8的密封作用下，成为气密密封空间内的电子元件。

在组装工艺方面，可以使用粘接或焊接工艺将谐振子支撑杆组装到多层陶瓷封装的敏感单元基座3上。在焊接的情况下，建议在安装盲孔内适当的设置导电涂层16，如图5所示。

集成到多层陶瓷封装的敏感单元基座3上的导电引脚14允许将SE连接到其外部控制电子设备。这些引脚可以分布在多层陶瓷SE基座的外表面上，或者以与连接器的引脚类似的方式组合在同一区域中，如图6所示。

为了防止暴露在潮湿、搬运和各种机械损伤，可以在多层陶瓷封装敏感单元基座3的外表面设置电路密封盖13，用于保护设于多层陶瓷封装敏感单元基座外表面的电子元件11，该电路密封盖13可使用铜-银钎焊接头钎焊至氧化铝封装(即陶瓷封装)。电路密封盖的材质可以是FeNiCo，也可以是其他的材料。电路密封盖13的固定方式可以是粘在敏感单元基座3上。

外壳9罩在谐振子1外围并与敏感单元基座3固接，外壳9的材质可以是FeNiCo材质，也可以是其他能够与敏感单元基座3实现密封封装的材质。外壳9用铜银钎焊接头钎焊到敏感单元基座3(敏感单元基座为多层陶瓷封装结构，陶瓷材质一般是氧化铝，也可以是其他，比如氮化铝)上，以便在中等真空下对谐振子1进行密封。

多层陶瓷封装敏感单元基座3在其外径上包括若干环形凹槽(凹槽数量与外部减振器7数量对应，且根据实际安装需要来确定)，用于在其内安装由硅基或非导电阻尼材料制成的I形外部减振器7(即阻尼结构)，其截止频率远低于一阶、二阶模态频率，并高于SE连接时所获得的测量带宽控制回路电子设备。

敏感单元基座3外径处环形凹槽的横截面最好为双锥形，以允许环形双锥形阻尼器安装在其中。预计这将提高对沿Z轴的冲击和振动的鲁棒性。

敏感单元基座3被夹在用户安装结构6上时，减振器7处于两者之间，并在敏感单元工作时起到减振效果，在任何操作机械和热条件下都能保持其传感轴的位置和对准。

图7显示了多层陶瓷封装的敏感单元基座3可以采取不同的形状，例如，带有安装孔的方形、三角形、圆形、八角形、多边形，或者其他形状。对于特定的敏感单元基座的设计，考虑了单个减振器7，其I形截面可以是直的，也可以是双锥形的。减振器7和阻尼环的安装方式与减振器和减振器安装凹槽相同。

和现有技术相比，本实用新型的优点或者特点是：

1)支撑杆在谐振子腔体的外部，从而使谐振子内部有足够的空间便于加工，有更大空间为刀具(如铣刀)加工谐振子的内腔，从而可以设计更小的谐振子。

2)可以更为灵活的布置压电陶瓷元件。

3)压电陶瓷布置在谐振子酒杯部的外周或端面，这样避免了粘贴压电陶瓷带来的谐振子品质因子降低。

4)在其外径有凹槽，凹槽装有I型外部减振器。

5)安装定位孔装夹关系：内嵌外部减振器、谐振子、敏感单元基座，三者的关系，便于安装定位，同时给敏感单元提供了减振的环境。

以上对本申请实施例所提供的一种具有高MTBF的微型陀螺仪敏感单元及陀螺仪，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有高MTBF的微型振动陀螺仪敏感单元，包括外壳、敏感单元基座和谐振子，所述外壳与所述敏感单元基座固接，所述谐振子设于所述外壳内部，其特征在于，

所述敏感单元基座为多层陶瓷封装结构，所述敏感单元基座内设有若干用于传输压电信号的导电结构；所述导电结构与所述敏感单元基座为密封连接；

所述谐振子的垂直外壁上设有若干压电陶瓷；所述压电陶瓷通过导线与对应的导电结构连接。

2.根据权利要求1所述的具有高MTBF的微型振动陀螺仪敏感单元，其特征在于，所述导电结构包括设于所述敏感单元基座内部的导线、设于所述敏感单元基座内表面的第一导电引脚以及设于所述敏感单元基座外表面的第二导电引脚；所述导线的两端分别与所述第一导电引脚和所述第二导电引脚连接。

3.根据权利要求1所述的具有高MTBF的微型振动陀螺仪敏感单元，其特征在于，所述多层陶瓷封装结构的横截面的形状包括但不限于圆形、正八边形和三角形。

4.根据权利要求1所述的具有高MTBF的微型振动陀螺仪敏感单元，其特征在于，所述谐振子为高脚酒杯形，包括酒杯部和外部支撑杆；所述支撑杆的一端与所述酒杯部的底端固连，另一端与所述敏感单元基座固连。

5.根据权利要求4所述的具有高MTBF的微型振动陀螺仪敏感单元，其特征在于，所述敏感单元基座上设有安装盲孔；所述支撑杆的外端与所述安装盲孔之间设有固联点，所述固联点为粘接点或焊接点。

6.根据权利要求1所述的具有高MTBF的微型振动陀螺仪敏感单元，其特征在于，所述导电结构的数量不少于所述压电陶瓷的数量。

7.根据权利要求4所述的具有高MTBF的微型振动陀螺仪敏感单元，其特征在于，所述压电陶瓷均匀围设在所述酒杯部近支撑杆一端的垂直外壁上。

8.根据权利要求1所述的具有高MTBF的微型振动陀螺仪敏感单元，其特征在于，所述敏感单元基座的外周设有若干凹槽，所述凹槽内设有外部减振器。

9.根据权利要求8所述的具有高MTBF的微型振动陀螺仪敏感单元，其特征在于，所述外部减振器为导电式或非导电式的横截面为I形的阻尼器结构。

10.一种具有高MTBF的微型振动陀螺仪，其特征在于，所述陀螺仪包括控制电路和如权利要求1-9任一所述的敏感单元，所述控制电路通过所述导电结构的外端与所述敏感单元连接。

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