一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于陀螺敏感装置，具体涉及一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置。一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置，包括敏感结构和分别设置敏感结构上下两侧的上封帽、下封帽，所述的敏感结构包括4个质量块。本发明专利技术的显著效果是：避免了耦合误差；抵消了在硅微陀螺敏感装置工作状态下基座所受耦合力矩；节约了加工成本。

【技术实现步骤摘要】
一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置
本专利技术属于陀螺敏感装置，具体涉及一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置。
技术介绍
陀螺是一种用于测量物体相对于惯性空间转动角运动的传感器装置。最早的陀螺是由法国科学家付科〔L.Foucault〕利用高速转动刚体的定轴性研制而成的，应用在航海领域用来代替指南针提供方位基准。陀螺发展至今已经一百多年的历史，现在的陀螺已经是一种重要的传感器件，是姿态控制和惯性制导的核心器件，在飞机、导弹、宇航、舰船导航、卫星控制、汽车工业、钻井探测等众多领域都有着非常重要的应用。随着陀螺技术的发展，低成本、小体积、低功耗的微机械陀螺已在微小型系统及战术武器的制导系统中得到广泛应用，它是未来最主要的中低精度角速度传感器。目前MEMS器件多采用硅材料，它具有优良的机械和电气特性。现有的陀螺敏感结构一般如附图1所示，包括敏感结构10和分别设置在敏感结构10上下的上封帽20和下封帽30。硅微机械陀螺要达到较高的性能，在目前硅微陀螺敏感结构设计上需要解决以下问题：1)耦合误差大。耦合误差的存在会严重影响陀螺的精度，比如影响陀螺的零偏稳定性、快速启动以及温度适应性等。2)基座受耦合力矩影响大。目前普遍采用的单质量块或双质量块结构，当陀螺处于工作状态时基座所受耦合力矩均较大，基座所受耦合力矩大将影响陀螺的零偏稳定性。3)加工成本高。硅微机械陀螺的电极引线由敏感结构分别向上下两个方向引出，上下封帽支撑层均要打孔，加工工艺复杂，成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置。本专利技术是这样实现的：一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置，包括敏感结构和分别设置敏感结构上下两侧的上封帽、下封帽，所述的敏感结构包括4个质量块。如上所述的一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置，其中，所述的敏感结构包括4个质量块、4组支撑梁、8组驱动动齿、8组驱动定齿、8个驱动定齿连接块、8个驱动定齿铆接块、中心支撑点、4个连接结构，4个质量块沿圆周方向均匀布置，每个质量块均通过一个支撑梁与中心支撑点连接，每个质量块的两侧均带有驱动动齿，在相邻质量块之间设置2个驱动定齿连接块，该驱动定齿连接块为扇形柱体零件，在朝向相邻的质量块一侧的侧壁上设置驱动定齿，该驱动定齿通过在驱动定齿连接块的侧壁上设置凸起实现，驱动定齿的一端设置驱动定齿铆接块，两个相邻的驱动定齿铆接块外端设置一个连接结构，所有连接结构均匀设置在敏感结构外侧，每个连接结构角度范围均跨越相临的两个质量块所在的角度范围，所述的驱动动齿与驱动定齿交错布置，形成变面积式驱动梳齿，质量块、支撑梁、驱动动齿等厚；驱动定齿、驱动定齿连接块、驱动定齿铆接块、中心支撑点、连接结构等厚。如上所述的一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置，其中，所述的4个质量块沿圆周方向均匀布置时，相对的两个质量块为一组，工作状态下保持同向运动；另一对质量块为一组，工作状态下运动方向与前一组运动方向相反。如上所述的一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置，其中，驱动定齿的上表面高于驱动动齿2～3μm；驱动定齿的下表面低于驱动动齿2～3μm。如上所述的一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置，其中，所述的上封帽由上封帽器件层、上封帽绝缘层、上封帽支撑层组成，上封帽中的器件层包括4个平面电极块、4个连接结构、8个驱动定齿铆接块及1个中心支撑点，平面电极块呈扇形，位置与敏感结构上质量块一一对应；连接结构呈刀形，每个连接结构与平面电极块连接，其中刀柄连接刀面与平面电极块，刀面位置与敏感结构上的连接结构相对应；驱动定齿铆接块位置与敏感结构上的驱动定齿铆接块相对应；上封帽中心支撑点位置与敏感结构上的中心支撑点相对应，上封帽中的绝缘层为圆片结构，上面带有8个平面电极引线孔、4个驱动引线孔、1个中心支撑点引线孔，平面电极引线孔位置与器件层上的平面电极块相对应；驱动引线孔位置与器件层上的驱动定齿铆接块相对应；中心支撑点引线孔位置与器件层上的上封帽中心支撑点相对应，上封帽中的支撑层为圆型结构，上面带有8个平面电极引线孔、4个驱动引线孔、1个中心支撑点引线孔，平面电极引线孔位置与绝缘层上的平面电极引线孔相对应；驱动引线孔位置与绝缘层上的驱动引线孔相对应；中心支撑点引线孔位置与绝缘层上的中心支撑点引线孔相对应。如上所述的一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置，其中，述的下封帽由下封帽器件层、下封帽绝缘层、下封帽支撑层组成，下封帽中的器件层与上封帽中的器件层相同，下封帽中的器件层与上封帽中的器件层关于敏感结构对称放置，下封帽中绝缘层及支撑层为圆片结构。如上所述的一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置，其中，所述的质量块为扇形柱体，扇形的角度为50°～80°。如上所述的一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置，其中，驱动动齿与驱动定齿的个数为20～60个。本专利技术的显著效果是：本专利技术中的驱动梳齿为不等高梳齿，避免了硅微陀螺敏感装置工作状态下由于质量块上下振动带动驱动动齿上下振动产生的驱动梳齿重叠面积的变化，从而阻断了检测到驱动的耦合通道，避免了耦合误差。本专利技术采用4质量块结构，抵消了在硅微陀螺敏感装置工作状态下基座所受耦合力矩。该硅微陀螺敏感装置驱动模态为相间质量块沿Z轴同相旋转振动，相临质量块沿Z轴反相旋转振动；其检测模态为相间质量块沿Z轴同相振动，相临质量块沿Z轴反相振动，因此抵消了在硅微陀螺敏感装置工作状态下基座所受耦合力矩。电极单边引出，降低了加工成本。上、下封帽上的平面电极块通过连接结构旋转相连，实现了下封帽上的信号从上面传出，从而下封帽上的绝缘层及支撑层不再需要打孔，节约了加工成本。附图说明图1是硅微陀螺敏感装置装配关系示意图；图2是四质量块振动式硅微陀螺敏感装置剖面示意图；图3是四质量块振动式硅微陀螺敏感装置敏感结构示意图；图4是四质量块振动式硅微陀螺敏感装置上封帽器件层示意图；图5是四质量块振动式硅微陀螺敏感装置上封帽绝缘层示意图；图6是四质量块振动式硅微陀螺敏感装置上封帽支撑层示意图；图7是四质量块振动式硅微陀螺敏感装置下封帽器件层示意图；图8是四质量块振动式硅微陀螺敏感装置下封帽绝缘层示意图；图9是四质量块振动式硅微陀螺敏感装置下封帽支撑层示意图。图中：10.敏感结构，11.质量块，12.支撑梁，13.驱动动齿，14.驱动定齿，15.驱动定齿铆接块，16.驱动定齿连接块，17.连接结构，18.中心支撑点，20.上封帽，20a.上封帽器件层，20b.上封帽绝缘层，20c.上封帽支撑层，21.平面电极块，22.驱动定齿铆接块，23.连接结构，24.上封帽中心支撑点，25.平面电极引线孔，26.梳齿电极引线孔，27.中心支撑点引线孔，30.下封帽，30a.下封帽器件层，30b.下封帽绝缘层，30c.下封帽支撑层，31.平面电极块，32.驱动定齿铆接块，33.连接结构，34.中心支撑点。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置进行介绍：如图3所示，建立如下坐标系：以水平方向向右为X轴正向，竖直方向向上为Y轴正向，Z轴垂直于X轴和Y轴形成的平面、且符合右手定则。如图1和图2所示，一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置，包括大致为圆形的敏感结构10和分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置，包括敏感结构(10)和分别设置敏感结构(10)上下两侧的上封帽(20)、下封帽(30)，其特征在于：所述的敏感结构(10)包括4个质量块(11)。

【技术特征摘要】
1.一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置，包括敏感结构(10)和分别设置在敏感结构(10)上下两侧的上封帽(20)、下封帽(30)，其特征在于：所述的敏感结构(10)包括4个质量块(11)、4组支撑梁(12)、8组驱动动齿(13)、8组驱动定齿(14)、8个驱动定齿连接块(16)、8个驱动定齿铆接块(15)、中心支撑点(18)、4个连接结构(17)，4个质量块(11)沿圆周方向均匀布置，每个质量块(11)均通过一个支撑梁(12)与中心支撑点(18)连接，每个质量块(11)的两侧均带有驱动动齿(13)，在相邻质量块(11)之间设置2个驱动定齿连接块(16)，该驱动定齿连接块(16)为扇形柱体零件，在朝向相邻的质量块(11)一侧的侧壁上设置驱动定齿(14)，该驱动定齿(14)通过在驱动定齿连接块(16)的侧壁上设置凸起实现，驱动定齿连接块(16)的一端设置驱动定齿铆接块(15)，两个相邻的驱动定齿铆接块(15)的外端设置一个连接结构(17)，所有连接结构(17)均匀设置在敏感结构(10)外侧，每个连接结构(17)角度范围均跨越相临的两个质量块(11)所在的角度范围，所述的驱动动齿(13)与驱动定齿(14)交错布置，形成变面积式驱动梳齿，质量块(11)、支撑梁(12)、驱动动齿(13)等厚；驱动定齿(14)、驱动定齿连接块(16)、驱动定齿铆接块(15)、中心支撑点(18)、连接结构(17)等厚。2.如权利要求1所述的一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置，其特征在于：所述的4个质量块(11)沿圆周方向均匀布置时，相对的两个质量块(11)为一组，工作状态下保持同向运动；另一对质量块(11)为一组，工作状态下运动方向与前一组运动方向相反。3.如权利要求2所述的一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置，其特征在于：驱动定齿(14)的上表面高于驱动动齿(13)2μm；驱动定齿(14)的下表面低于驱动动齿(13)3μm。4.如权利要求3所述的一种四质量块线振动硅微陀螺敏感装置，其特征在于：所述的上封帽(20)由上封帽器件层(20a)、上封帽绝缘层(20b)、上封帽支撑层(20c)组成，上封帽(20)中的器件层(20a)包括4个平面电极块(21)、4...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑辛，杨军，刘晓智，刘大俊，刘迎春，盛洁，杨轶博，章敏明，廖兴才，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：