DE69100218T2 - Schwingfederkonstruktion für Gyroskop. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Lasergyroskope und insbesondere auf eine Schwingfederkonstruktion für derartige Lasergyroskope.
• Ein Lasergyroskop kann einen profilierten Block aus dielektrischem Material aufweisen, der einen geringen Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweist, beispielsweise Zerodur, in dem Hohlräume für den Laserstrahl oder die Laserstrahlen eingearbeitet sind, die mit Elektroden ausgestattet sind, um die Gasentladung zu erzeugen, welche die Laserstrahlen treibt. Außerdem sind Spiegel vorgesehen, um die Strahlen über die Hohlräume abzulenken usw. Wie bekannt, besteht eine gute Möglichkeit zur Verminderung der Wirkungen der sogenannten "lock-in"-Effekte der im Gegensinn rotierenden Laserstrahlkomponenten darin, das Gyroskop in Schwingungen zu versetzen, d. h. man versetzt es in eine zufällige oder pseudozufällige Schwingung um die Empfindlichkeitsachse. Zu diesem Zweck kann der Block von einer Schwingfederkonstruktion getragen werden, die ein piezo-elektrisches Wandlerelement oder mehrere solche Elemente aufweist, um die Schwingung zu erzeugen, und möglicherweise ist ein weiteres piezo-elektrisches Übertragungselement vorgesehen, um ein Signal zu liefern, das für die Schwingungsbewegung repräsentativ ist und in einer elektrischen Schaltung benutzbar ist, die mit dem Ausgang des Gyroskops gekoppelt ist, um die Schwingungskomponenten zu entfernen.
• Jeder Wandler kann die Gestalt einer flachen Platte aus piezo-elektrischem Keramikmaterial aufweisen, die isolierte Elektroden an ihren zwei Seiten aufweist und mit einer Fläche an einer geeigneten Oberfläche innerhalb der Schwingfeder festgelegt ist (vgl. z. B. die Patentanmeldung GB-A-2098404). Bei früher vorgeschlagenen Anordnungen ist die Elektrode auf jener Fläche über den Rand der Platte und auf die gegenüberliegende Seite verlängert und auf diese
• umgeschlagen, weil eine Fläche der Platte mit der Schwingfeder verbunden ist, d. h. daß diese Fläche nicht nur eine der Elektroden trägt, sondern auch den Fortsatz der anderen, und dann können die Signaldrähte an den beiden Elektroden auf dieser Oberfläche beispielsweise durch Verlötung verbunden und aus der Schwingfeder herausgeführt werden. Ein Problem hierbei besteht darin, daß dort, wo die Elektrode um den Rand der piezo-elektrischen Platte herumgeführt ist, eine Rissebildung zu befürchten ist, und außerdem jener Abschnitt der Platte zwischen der Elektrode auf der Seite, wo sie festgelegt ist, und dem Fortsatz dieser Elektrode auf der anderen Seite nicht wirksam ist, um die Schwingung zu erzeugen oder festzustellen.
• Demgemäß ist es Ziel der Erfindung, eine zufriedenstellendere Anordnung für die Elektroden und ihre Befestigungsleitungen zu schaffen, so daß das erwähnte Problem verringert wird.
• Die Erfindung geht aus von einer Schwingfederkonstruktion für ein Lasergyroskop mit einem piezo-elektrischen Wandler, der ein Teil aus piezo-elektrischem Material aufweist, auf dem auf entsprechenden Oberflächen Elektroden aufgebracht sind, mit denen elektrische Leiter in Verbindung stehen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter für wenigstens eine der Elektroden ein elektrisch leitfähiges Metallblechteil aufweisen, welches auf die Elektrode aufgelegt und durch Verkleben hiermit verbunden ist, und der Leiter einen Verbindungsabschnitt aufweist, der von dem Wandler bis über den Umfang der entsprechenden Oberfläche des piezo-elektrischen Materials vorsteht, wobei eine Isoliermaterialschicht auf der äußeren Oberfläche des Metallblechteils angeordnet ist.
• Das Metallblechteil und die Isoliermaterialschicht können von einem Blatt aus Plastikmaterial gebildet werden, auf dessen einer Oberfläche eine elektrisch leitfähige Metallschicht abgelagert ist. Insbesondere wenn der Wandler Elektroden aus Silber aufweist, könnte die Herstellung erfolgen aus einem 25 µm dicken Polymid-Film (Kapton), der eine 7-g-Schicht (1/4 Unze) aus Kupfer aufweist, die elektrolytisch auf einer Oberfläche des Films abgelagert ist. Speziell für Chromelektroden kann es zweckmäßig sein, Plastikmaterial zu benutzen, welches unter dem Warenzeichen Melinex vertrieben wird, wobei darauf eine aus Gold bestehende Oberflächenschicht abgelagert wird.
• Für die Klebeverbindung zwischen der Metallblechschicht und der Elektrode ist es zweckmäßig, ein nicht-leitfähiges Epoxydkunstharz zu benutzen (ein leitfähiges Klebemittel könnte eine zu dicke Klebelinie ergeben), wobei die Menge des Klebemittels und der Druck, der zwischen der Schicht und der Elektrode während der Aushärtung des Klebemittels angewandt wird, gesteuert werden, um zu gewährleisten, daß auch bei nicht völlig flachen Oberflächentexturen von Elektrode und Metallschicht eine beträchtliche Berührung zwischen den Metallen stattfindet.
• Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie diese verwirklicht werden kann, wird beispielsweise auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. In der Zeichnung zeigen:
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Wandlers,
• Fig. 2 eine Stirnansicht eines piezo-elektrischen Wandlers gemäß Fig. 1,
• Fig. 3 eine Grundrißansicht eines Teils der Schwingfederkonstruktion, die in dem Wandler gemäß Fig. 1 und 2 angeordnet ist.
• Der Wandler weist eine flache rechteckige Platte 1 aus piezo-elektrischem Keramikmaterial auf, wobei symmetrische Silberelektroden 2 auf den jeweils gegenüberliegenden Oberflächen der Platte abgelagert sind. Jede Elektrode erstreckt sich in einem kurzen Abstand von jedem Rand der Platte 1, d. h. es verbleibt ein Grenzstreifen rund um jede Elektrode. Auf jeder Elektrode ist ein profiliertes Metallstück abgelagert, das mit Plastikmaterial 4 überzogen ist, wobei das Metall 5 nach der Elektrode weist. Das Plastikmaterialstück 4 ist mit der Elektrode durch eine dünne Schicht aus einem Epoxydkleber 6 verklebt. Beim Zusammenbau werden Klebermenge und Druck, der ausgeübt wird, während der Kleber aushärtet, beide sorgfältig so gesteuert, daß trotz der niemals vollständig glatten Oberflächentextur der Elektroden 2 und des Metalls 5 eine beträchtliche Metall-Metall- Berührung stattfindet und demgemäß eine gute elektrische Kopplung dazwischen vorhanden ist.
• Die Metallschicht 5 auf dem Plastikfilm 4 wird etwas kleiner geschnitten als der Plastikfilm, d. h. sie besitzt die gleichen Abmessungen wie die Elektrode, während der Plastikfilm die gleiche Größe hat wie die Platte 1, und dies bewirkt eine genaue Ausrichtung von Film und Platte, wobei eine Isolation der Metallschicht gewährleistet wird.
• An einem Ende der Platte besitzt jedes metallisierte Plastikfilmstück einen langgestreckten vorspringenden Teil 7, der um eine Fläche des Wandlers herum und dann längs dieser niedergeführt und dann wieder nach oben geführt wird, um einen U-förmig gestalteten Faltabschnitt des Teiles 7 zu bilden, um diesem eine größere Flexibilität zu verleihen. Der Teil 7 erstreckt sich dann vom Wandler nach außen und besitzt ein Ende, welches aufgeweitet ist, um ein elektrisches Verbindungskissen zu bilden. In einem Fall ist das Ende des Teils 7 nach unten gefaltet, wie bei 8 in Fig. 1 dargestellt, so daß die Metallschicht 5 in eine Lage gebracht wird, in der sie nach oben weist, und die Metallschicht des anderen Teils 7 weist ebenfalls nach oben.
• Der Wandler ist an einer Seite einer Öffnung 10 verklebt, die in einer Schwingfeder 11 ausgebildet ist, wie dies aus Fig. 3 hervorgeht. Die Feder 11 weist einen zylindrischen Körper aus Invar auf und ist durch Elektro-Erosion bearbeitet, um einen mittleren Lagerabschnitt 12, einen Umfangsabschnitt 13, der in einer Axialbohrung im nicht dargestellten Zerodur-Blockkörper eines Lasergyroskops befestigt ist, und einen Federschenkel 14 zu definieren, der die Teile 12 und 13 miteinander koppelt.
• Die Teile 7 des metallisierten Plastikfilms 4 werden, mit der Metallisierung nach oben gerichtet, am Ende der Feder wie in der Zeichnung dargestellt verklebt. Dadurch werden zwei Verbindungskissen definiert, mit denen Verbindungsdrähte verlötet oder auf andere Weise befestigt werden können.
• Zur Herstellung des Wandlers kann die piezo-elektrische Keramikplatte mit ihren Elektroden zwischen zwei vorgeschnittene Teile eines metallisierten Plastikfilms (Metallseite innen) in einer mit Silikongummi ausgekleideten Presse plaziert werden, die Lokalisierungsdübel aufweist, um die Platte und die Plastikstücke genau auszurichten. Der Film kann ein 25 µm dicker Kapton-Film sein mit einer elektrolytisch abgelagerten Kupferschicht von 7 g (1/4 Unze) und 9 µm dick, oder es kann ein Melinex-Film mit einer Goldschicht benutzt werden. Das Filmstück kann aus einem größeren Materialblatt geätzt und ausgestanzt werden. Zwischen den Filmen und Elektroden sind Klebepunkte, beispielsweise aus EPO-TECH 353 ND, angeordnet. Dann wird ein Druck auf den Aufbau ausgeübt, und der Kleber wird ausgehärtet, indem die Presse in einem Ofen bei 100 ºc angeordnet wird. Der beste Kleber ist einer, der dazu tendiert, eine dünne Klebelinie zu erzeugen, und das angegebene Beispiel war im Hinblick hierauf ausgewählt.

Claims (3)

1. Schwingfederkonstruktion für ein Lasergyroskop mit einem piezo-elektrischen wandler, der einen Körper (1) aus piezo-elektrischem Material aufweist, mit Elektroden (2) auf den jeweiligen Oberflächen des Körpers und mit elektrischen Leitern (5, 7), die mit den Elektroden verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter für wenigstens eine der Elektroden (2) ein elektrisch leitfähiges Metallblech (5) aufweisen, das über der Elektrode (2) liegt und mit dieser verklebt ist und einen Verbindungsabschnitt (7) aufweist, der über den Wandler bis über den Umfang der entsprechenden Fläche des aus piezoelektrischem Material bestehenden Körpers (1) vorsteht, und daß eine Schicht (4) aus Isoliermaterial auf der äußeren Oberfläche des Metallblechs (5) angeordnet ist.

2. Schwingfederkonstruktion nach Anspruchen 1, bei welcher das Metallblech (5) und die Schicht aus Isoliermaterial (4) aus einem Plastikmaterialblatt bestehen, auf dem eine elektrisch leitfähige Metallschicht auf einer Oberfläche abgelagert ist.

3. Schwingfederkonstruktion nach den Ansprüchen 1 oder 2, bei welcher zur Erreichung der Verklebung zwischen dem Metallblech und der Elektrode ein nicht-leitender Epoxyd-Kleber (6) benutzt wird, wobei die Menge des Klebers und der zwischen dem Metallblech (5) und der Elektrode (2) während der Aushärtung des Klebers angewandte Druck so gesteuert werden, daß gewährleistet wird, daß bei nicht völlig flachen Oberflächentexturen der Elektrode (2) und des Metallbleches (5) dennoch eine beträchtliche Berührung Metall-Metall erfolgt.

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