本發(fā)明涉及硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺，具體是一種全對稱折疊彈性梁硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺諧振子結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺是基于科里奧利效應(yīng)的一種角運(yùn)動(dòng)敏感裝置，具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、壽命長、可批量生產(chǎn)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于武器制導(dǎo)、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、消費(fèi)品電子等領(lǐng)域，具有極其廣泛的應(yīng)用前景。硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺的具體工作原理如下：當(dāng)沒有角速度輸入時(shí)，硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺的諧振子在驅(qū)動(dòng)模態(tài)下工作， 硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺的輸出為零。當(dāng)有角速度輸入時(shí)，硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺的諧振子在檢測模態(tài)下工作，硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺實(shí)時(shí)測出輸入角速度。然而實(shí)踐表明，現(xiàn)有硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺由于其諧振子的幾何結(jié)構(gòu)所限，普遍存在靈敏度低的問題。為此有必要發(fā)明一種全新的諧振子結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺靈敏度低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺靈敏度低的問題，提供了一種全對稱折疊彈性梁硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺諧振子結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種全對稱折疊彈性梁硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺諧振子結(jié)構(gòu)，包括圓環(huán)狀諧振質(zhì)量、圓柱狀中心錨點(diǎn)、輪輻狀彈性支撐懸梁；

其中，圓柱狀中心錨點(diǎn)位于圓環(huán)狀諧振質(zhì)量的內(nèi)腔，且圓柱狀中心錨點(diǎn)的軸線與圓環(huán)狀諧振質(zhì)量的軸線相互重合；輪輻狀彈性支撐懸梁的數(shù)目為八個(gè)，且八個(gè)輪輻狀彈性支撐懸梁圍繞圓柱狀中心錨點(diǎn)的軸線等距排列；

每個(gè)輪輻狀彈性支撐懸梁均由第一片狀彈性支撐懸梁、第二片狀彈性支撐懸梁、第一方波狀彈性支撐懸梁、第二方波狀彈性支撐懸梁、第三片狀彈性支撐懸梁、第四片狀彈性支撐懸梁構(gòu)成；第一片狀彈性支撐懸梁的尾端和第二片狀彈性支撐懸梁的尾端均與圓柱狀中心錨點(diǎn)的外側(cè)面固定；第一片狀彈性支撐懸梁和第二片狀彈性支撐懸梁并排平行設(shè)置，且第一片狀彈性支撐懸梁和第二片狀彈性支撐懸梁之間留有間隙；第一方波狀彈性支撐懸梁的尾端與第一片狀彈性支撐懸梁的首端固定；第二方波狀彈性支撐懸梁的尾端與第二片狀彈性支撐懸梁的首端固定；第一方波狀彈性支撐懸梁和第二方波狀彈性支撐懸梁共同圍合形成工字形空間；第三片狀彈性支撐懸梁的尾端與第一方波狀彈性支撐懸梁的首端固定；第四片狀彈性支撐懸梁的尾端與第二方波狀彈性支撐懸梁的首端固定；第三片狀彈性支撐懸梁和第四片狀彈性支撐懸梁并排平行設(shè)置，且第三片狀彈性支撐懸梁和第四片狀彈性支撐懸梁之間留有間隙；第三片狀彈性支撐懸梁的首端和第四片狀彈性支撐懸梁的首端均與圓環(huán)狀諧振質(zhì)量的內(nèi)側(cè)面固定。

工作時(shí)，圓柱狀中心錨點(diǎn)的下端面與硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺的玻璃基底鍵合。圓環(huán)狀諧振質(zhì)量的外側(cè)面設(shè)有八個(gè)中心角為40度的弧形電極，八個(gè)弧形電極同樣與硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺的玻璃基底鍵合，且八個(gè)弧形電極的位置與八個(gè)輪輻狀彈性支撐懸梁的位置一一對應(yīng)。其中四個(gè)弧形電極作為驅(qū)動(dòng)電極，另外四個(gè)弧形電極作為檢測電極，且四個(gè)驅(qū)動(dòng)電極和四個(gè)檢測電極交錯(cuò)排列。本發(fā)明在控制系統(tǒng)的作用下維持環(huán)向波數(shù)為2的四波腹振動(dòng)。具體工作過程如下：當(dāng)沒有角速度輸入時(shí)，本發(fā)明在四個(gè)驅(qū)動(dòng)電極的激勵(lì)下，以驅(qū)動(dòng)模態(tài)作面內(nèi)四波腹彎曲振動(dòng)（如圖3所示），此時(shí)四個(gè)檢測電極位于四波腹彎曲振動(dòng)的波節(jié)處，硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺的輸出為零。當(dāng)有角速度輸入時(shí)，本發(fā)明在哥氏力耦合作用下，以檢測模態(tài)作面內(nèi)四波腹彎曲振動(dòng)（如圖4所示），此時(shí)四個(gè)檢測電極位于四波腹彎曲振動(dòng)的波腹處，且振動(dòng)幅度與輸入角速度相關(guān)，硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺實(shí)時(shí)測出輸入角速度。

基于上述過程，本發(fā)明所述的一種全對稱折疊彈性梁硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺諧振子結(jié)構(gòu)通過采用全對稱折疊彈性梁結(jié)構(gòu)，具備了如下優(yōu)點(diǎn)：其一，本發(fā)明在兩個(gè)工作模態(tài)（驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測模態(tài)）下的諧振質(zhì)量相等，由此一方面使得兩個(gè)工作模態(tài)（驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測模態(tài)）的諧振頻率匹配更容易，另一方面實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)工作模態(tài)（驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測模態(tài)）的阻尼自然匹配。其二，本發(fā)明的諧振結(jié)構(gòu)為一個(gè)整體，由此使得硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺的抗沖擊能力大幅提高。因此，本發(fā)明大大降低了因工藝誤差和環(huán)境溫度變化引起的漂移，從而有效提高了硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺的靈敏度。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理、設(shè)計(jì)巧妙，有效解決了現(xiàn)有硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺靈敏度低的問題，適用于武器制導(dǎo)、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、消費(fèi)品電子等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明中輪輻狀彈性支撐懸梁的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明在驅(qū)動(dòng)模態(tài)下的振型示意圖。

圖4是本發(fā)明在檢測模態(tài)下的振型示意圖。

圖中：1-圓環(huán)狀諧振質(zhì)量，2-圓柱狀中心錨點(diǎn)，3-輪輻狀彈性支撐懸梁，31-第一片狀彈性支撐懸梁，32-第二片狀彈性支撐懸梁，33-第一方波狀彈性支撐懸梁，34-第二方波狀彈性支撐懸梁，35-第三片狀彈性支撐懸梁，36-第四片狀彈性支撐懸梁。

具體實(shí)施方式

一種全對稱折疊彈性梁硅微環(huán)形振動(dòng)陀螺諧振子結(jié)構(gòu)，包括圓環(huán)狀諧振質(zhì)量1、圓柱狀中心錨點(diǎn)2、輪輻狀彈性支撐懸梁3；

其中，圓柱狀中心錨點(diǎn)2位于圓環(huán)狀諧振質(zhì)量1的內(nèi)腔，且圓柱狀中心錨點(diǎn)2的軸線與圓環(huán)狀諧振質(zhì)量1的軸線相互重合；輪輻狀彈性支撐懸梁3的數(shù)目為八個(gè)，且八個(gè)輪輻狀彈性支撐懸梁3圍繞圓柱狀中心錨點(diǎn)2的軸線等距排列；

每個(gè)輪輻狀彈性支撐懸梁3均由第一片狀彈性支撐懸梁31、第二片狀彈性支撐懸梁32、第一方波狀彈性支撐懸梁33、第二方波狀彈性支撐懸梁34、第三片狀彈性支撐懸梁35、第四片狀彈性支撐懸梁36構(gòu)成；第一片狀彈性支撐懸梁31的尾端和第二片狀彈性支撐懸梁32的尾端均與圓柱狀中心錨點(diǎn)2的外側(cè)面固定；第一片狀彈性支撐懸梁31和第二片狀彈性支撐懸梁32并排平行設(shè)置，且第一片狀彈性支撐懸梁31和第二片狀彈性支撐懸梁32之間留有間隙；第一方波狀彈性支撐懸梁33的尾端與第一片狀彈性支撐懸梁31的首端固定；第二方波狀彈性支撐懸梁34的尾端與第二片狀彈性支撐懸梁32的首端固定；第一方波狀彈性支撐懸梁33和第二方波狀彈性支撐懸梁34共同圍合形成工字形空間；第三片狀彈性支撐懸梁35的尾端與第一方波狀彈性支撐懸梁33的首端固定；第四片狀彈性支撐懸梁36的尾端與第二方波狀彈性支撐懸梁34的首端固定；第三片狀彈性支撐懸梁35和第四片狀彈性支撐懸梁36并排平行設(shè)置，且第三片狀彈性支撐懸梁35和第四片狀彈性支撐懸梁36之間留有間隙；第三片狀彈性支撐懸梁35的首端和第四片狀彈性支撐懸梁36的首端均與圓環(huán)狀諧振質(zhì)量1的內(nèi)側(cè)面固定。

具體實(shí)施時(shí)，八個(gè)輪輻狀彈性支撐懸梁3的尺寸一致，且八個(gè)輪輻狀彈性支撐懸梁3的高度均與圓環(huán)狀諧振質(zhì)量1的高度相等。圓環(huán)狀諧振質(zhì)量1、圓柱狀中心錨點(diǎn)2、八個(gè)輪輻狀彈性支撐懸梁3均采用低阻硅片加工而成，且圓環(huán)狀諧振質(zhì)量1、圓柱狀中心錨點(diǎn)2、八個(gè)輪輻狀彈性支撐懸梁3采用體硅加工工藝制造為一體。