專利名稱：具有“回”型柱狀體振子磁致伸縮壓電陀螺儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種微機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域的微陀螺，具體地說，涉及的是一種具 有"回"型柱狀體振子磁致伸縮壓電陀螺儀。
背景技術(shù)：
陀螺是姿態(tài)控制和慣性制導(dǎo)的核心器件，慣性技術(shù)的發(fā)展以及衛(wèi)星、導(dǎo)彈等 制導(dǎo)需求的提高、要求陀螺向功率小、壽命長(zhǎng)、體積小、能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境的 方向發(fā)展。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利"壓電陀螺元件和壓電陀螺儀"(專 利申請(qǐng)?zhí)枮?00510131905.3)提到可以通過壓電材料的棱柱狀振動(dòng)體的結(jié)構(gòu)， 來檢測(cè)2軸方向上的角速度。截面為矩形的棱柱狀的壓電振動(dòng)體一端固定，在其 第1側(cè)面上形成第1驅(qū)動(dòng)電極，在第2側(cè)面上形成在寬度方向上分離的第2 第4 驅(qū)動(dòng)電極，帶相位差地向各驅(qū)動(dòng)電極施加驅(qū)動(dòng)電流，使壓電振動(dòng)體振動(dòng)，其另一 端做圓周運(yùn)動(dòng)。在與其振動(dòng)的旋轉(zhuǎn)中心軸正交的方向上作用有扭矩時(shí)，從壓電振 動(dòng)體的第1側(cè)面上形成的第1檢測(cè)電極和第2側(cè)面上形成的第2檢測(cè)電極輸出由 此產(chǎn)生的壓電振動(dòng)體的撓度，從而檢測(cè)2軸方向上的角速度。
此技術(shù)存在如下不足首先，驅(qū)動(dòng)電路要求多次移相，有些驅(qū)動(dòng)電路還包括 振幅檢測(cè)電路、AGC電路、對(duì)控制要求高，且電路復(fù)雜，干擾大，噪聲多、難以得 到理想的的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。其次，通過向四個(gè)不同的電極上施加相位不同的四相驅(qū)動(dòng) 信號(hào)來使壓電體自身產(chǎn)生圓周運(yùn)動(dòng)作為參考運(yùn)動(dòng)，規(guī)則的圓周運(yùn)動(dòng)難以得到準(zhǔn)確 的實(shí)現(xiàn)，增大了角速度檢測(cè)的誤差。要保證壓電體轉(zhuǎn)動(dòng)得到高速圓周運(yùn)動(dòng)，功耗 大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)已有技術(shù)的不足，提供一種具有"回"型柱狀體振子磁 致伸縮壓電陀螺儀。本發(fā)明結(jié)構(gòu)上采用帶有正方形通孔的"回"型柱狀體磁致伸 縮振子，在振子上下表面壓電薄膜分別制備一層壓電薄膜。利用磁致伸縮振子特
有的模態(tài)下的特殊振動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)陀螺雙軸敏感。用這種特殊模態(tài)下的振動(dòng)作為 工作狀態(tài)，工作時(shí)不需要精確的高速圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，且易準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 不用真空封裝，抗沖擊性強(qiáng)，且加工工藝易實(shí)現(xiàn)，在惡劣環(huán)境下能很好地工作。 磁致伸縮驅(qū)動(dòng)，壓電檢測(cè)，干擾信號(hào)小，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單便捷，且功耗微。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括磁致伸縮振子、上表面壓電 薄膜、下表面壓電薄膜、左下側(cè)驅(qū)動(dòng)線圈、右上側(cè)驅(qū)動(dòng)線圈、上表面壓電薄膜上 側(cè)輸出電極、上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極、上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極、上 表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極、下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極、下表面壓電薄膜右 側(cè)輸出電極、下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極、下表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極。
磁致伸縮振子為具有正方形通孔的"回"型柱狀體，即在一個(gè)具有正方形表 面的長(zhǎng)方體的正方形表面上設(shè)置一個(gè)正方形的通孔而構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。磁致伸縮振子 具有兩個(gè)"回"型表面，這兩個(gè)"回"型表面相互平行，其中一個(gè)"回"型表面 為磁致伸縮振子的上表面，簡(jiǎn)稱上表面；則另一個(gè)"回"型表面為磁致伸縮振子 的下表面，簡(jiǎn)稱下表面。上表面壓電薄膜位于磁致伸縮振子上表面上，下表面壓 電薄膜位于磁致伸縮振子下表面上。上表面壓電薄膜、下表面壓電薄膜具有與磁 致伸縮振子相同的"回"型表面。
上表面壓電薄膜自由的回型表面(即沒有與磁致伸縮振子接觸的回型表面) 為上表面壓電薄膜上表面，上表面壓電薄膜與磁致伸縮振子接觸的回型表面為上 表面壓電薄膜下表面；下表面壓電薄膜自由回型表面(即沒有與磁致伸縮振子接 觸的回型表面)為下表面壓電薄膜下表面，下表面壓電薄膜與磁致伸縮振子接觸 的回型表面為下表面壓電薄膜上表面；上表面壓電薄膜上表面外框正方形("回" 型表面的外邊界組成的正方形)上側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第一邊、上表面壓電 薄膜上表面外框正方形右側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第二邊、上表面壓電薄膜上表 面外框正方形下側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第三邊、上表面壓電薄膜上表面外框正 方形左側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第四邊、下表面壓電薄膜下表面外框正方形上側(cè) 的邊為下表面壓電薄膜第一邊、下表面壓電薄膜下表面外框」下方形右側(cè)的邊為下 表面壓電薄膜第二邊、下表面壓電薄膜下表面外框正方形下側(cè)的邊為下表面壓電 薄膜第三邊、下表面壓電薄膜下表面外框正方形左側(cè)的邊為下表面壓電薄膜第四 邊。上表面壓電薄膜第一邊與下表面壓電薄膜第一邊平行，上表面壓電薄膜第一
邊與下表面壓電薄膜第一邊位于磁致伸縮振子、上表面壓電薄膜和下表面壓電薄 膜構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的同一表面上，上表面壓電薄膜第一邊的中點(diǎn)與上表面壓電薄膜第 三邊的中點(diǎn)的連線為上表面壓電薄膜第一中心線、上表面壓電薄膜第二邊的中點(diǎn) 與上表面壓電薄膜第四邊的中點(diǎn)的連線為上表面壓電薄膜第二中心線、下表面壓 電薄膜第一邊的中點(diǎn)與下表面壓電薄膜第三邊的中點(diǎn)的連線為下表面壓電薄膜第 一中心線、下表面壓電薄膜第二邊的中點(diǎn)與下表面壓電薄膜第四邊的中點(diǎn)的連線 為下表面壓電薄膜第二中心線。
其中上表面壓電薄膜和下表面壓電薄膜位于磁致伸縮振子的兩個(gè)"回"形表 面上、左下側(cè)驅(qū)動(dòng)線圈與右上側(cè)驅(qū)動(dòng)線圈位于上表面壓電薄膜上表面外框正方形 的一條斜對(duì)角線上，上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極與上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電 極關(guān)于上表面壓電薄膜第二中心線對(duì)稱分布、位于上表面壓電薄膜第一中心線上， 上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極、上表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極關(guān)于上表面壓電薄 膜第一中心線對(duì)稱分布、位于上表面壓電薄膜第二中心線上，下表面壓電薄膜上 側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極關(guān)于下表面壓電薄膜第二中心線對(duì)稱 分布、位于下表面壓電薄膜第一中心線上，下表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極與下表 面壓電薄膜左側(cè)輸出電極關(guān)于下表面壓電薄膜第一中心線對(duì)稱分布、位于下表面 壓電薄膜第二中心線上。上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜上側(cè)輸 出電極的連線、上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極的 連線、上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極的連線、上 表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極的連線均與磁致伸縮 振子的上下表面壓電薄膜垂直。
磁致伸縮振子中一條與Z軸平行的邊為磁致伸縮振子第一邊，順時(shí)針方向下 一條與Z軸平行的邊為磁致伸縮振子第二邊，依次為磁致伸縮振子第三邊，磁致 伸縮振子第四邊。經(jīng)有限元分析，發(fā)現(xiàn)在工作振動(dòng)模態(tài)下有四個(gè)點(diǎn)振動(dòng)位移很小。 因此本發(fā)明陀螺儀選用這四個(gè)點(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)即固定點(diǎn))，其位置分別為壓電振 子第一邊中點(diǎn)與壓電振子第二邊中點(diǎn)連線上距壓電振子第一邊中點(diǎn)距離為壓電振 子上表面正方形邊長(zhǎng)的1/4點(diǎn)、壓電振子第一邊中點(diǎn)與壓電振子第二邊中點(diǎn)連線 上距壓電振子第二邊中點(diǎn)距離為壓電振子上表面正方形邊長(zhǎng)的1/4點(diǎn)、壓電振子 第三邊中點(diǎn)與壓電振子第四邊中點(diǎn)連線上距壓電振子第三邊中點(diǎn)距離為壓電振子
上表面正方形邊長(zhǎng)的1/4點(diǎn)、壓電振子第三邊中點(diǎn)與壓電振子第四邊中點(diǎn)連線上 距壓電振子第四邊中點(diǎn)距離為壓電振子上表面正方形邊長(zhǎng)的1/4點(diǎn)。
本發(fā)明利用磁致伸縮體的在特殊模態(tài)下的振動(dòng)作為參考振動(dòng)，利用壓電效應(yīng) 得到輸出信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)外界的角速度。驅(qū)動(dòng)線圈以通入一定頻率的交變電流激勵(lì) 處于一定的模態(tài)。當(dāng)磁致伸縮振子在上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極所在位置的振 動(dòng)方向?yàn)閅軸負(fù)方向，而在下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極所在的位置振動(dòng)方向?yàn)閅 軸正方向。當(dāng)外加受到水平X方向的角速度時(shí)，所受到的柯氏力的方向相反。使 得磁致伸縮振子Z軸方向產(chǎn)生拉伸或壓縮。最終使得上表面壓電薄膜與下表面壓 電薄膜產(chǎn)生彎曲，將磁致伸縮振子接地，使得上側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜上 側(cè)輸出電極均有一定的電勢(shì)，電勢(shì)的大小與外界角速度的大小成正比。因此可以 通過上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極的電勢(shì)來檢測(cè) X方向的角速度，進(jìn)而上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電 極的電勢(shì)也是此方向外界角速度的檢測(cè)信號(hào)。上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極與上 表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極的運(yùn)動(dòng)方向垂直，同理將上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電 極的電勢(shì)與下表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極的電勢(shì)，以及上表面壓電薄膜左側(cè)輸出 電極的電勢(shì)和下表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極的電勢(shì)作為Y方向角速度的檢測(cè)信號(hào)。
本發(fā)明微陀螺采用塊狀磁致伸縮振子，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗沖擊性強(qiáng)，具有便于固 定的節(jié)點(diǎn)，且加工工藝易實(shí)現(xiàn)，在惡劣環(huán)境下能很好地工作，抗沖擊性很強(qiáng)，不 用真空封裝。本發(fā)明利用特殊模態(tài)下的特殊振動(dòng)作為工作狀態(tài)，高壓電系數(shù)的壓 電薄膜的正壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電壓信號(hào)作為檢測(cè)信號(hào)，能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)外界雙軸方 向的角速度。本發(fā)明可以應(yīng)用在衛(wèi)星、武器、民用導(dǎo)航等領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施例由磁致伸縮振子l、上表面壓電薄膜2、下表面壓電薄 膜3、左下側(cè)驅(qū)動(dòng)線圈4、右上側(cè)驅(qū)動(dòng)線圈5、上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極6、
上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極7、上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極8、上表面壓電薄 膜左側(cè)輸出電極9、下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極10、下表面壓電薄膜右側(cè)輸出 電極ll、下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極12、下表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極13。
磁致伸縮振子1為"回"型柱狀體結(jié)構(gòu)，"回"型的內(nèi)框與外框均構(gòu)成正方形 相，相當(dāng)于在一個(gè)具有正方形表面的長(zhǎng)方體的正方形表面上挖一個(gè)正方形的通孔， 材料為導(dǎo)電的磁致伸縮材料。上表面壓電薄膜2、下表面壓電薄膜3分別位于磁致 伸縮振子1的上表面、下表面上，且具有與磁致伸縮振子1的上表面、下表面相 同的正方形表面。
上表面壓電薄膜2與磁致伸縮振子接1觸的回型表面為上表面壓電薄膜2下 表面，則上表面壓電薄膜2另一回型表面，即自由的回型表面為上表面壓電薄膜2 上表面，下表面壓電薄膜3與磁致伸縮振子接觸的回型表面為下表面壓電薄膜3 上表面，則下表面壓電薄膜3另一回型表面，即自由的回型表面為下表面壓電薄 膜3下表面。
上表面壓電薄膜上表面外框正方形("回"型表面的外邊界形成的正方形)上 側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第一邊、上表面壓電薄膜上表面外框正方形右側(cè)的邊為 上表面壓電薄膜第二邊、上表面壓電薄膜上表面外框正方形下側(cè)的邊為上表面壓 電薄膜第三邊、上表面壓電薄膜上表面外框正方形左側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第 四邊、下表面壓電薄膜下表面外框正方形上側(cè)的邊為下表面壓電薄膜第一邊、下 表面壓電薄膜下表面外框正方形右側(cè)的邊為下表面壓電薄膜第二邊、下表面壓電 薄膜下表面外框正方形下側(cè)的邊為下表面壓電薄膜第三邊、下表面壓電薄膜下表 面外框正方形左側(cè)的邊為下表面壓電薄膜第四邊。上表面壓電薄膜第一邊的中點(diǎn) 與上表面壓電薄膜第三邊的中點(diǎn)的連線為上表面壓電薄膜第一中心線、上表面壓 電薄膜第二邊的中點(diǎn)與上表面壓電薄膜第四邊的中點(diǎn)的連線為上表面壓電薄膜第 二中心線、下表面壓電薄膜第一邊的中點(diǎn)與下表面壓電薄膜第三邊的中點(diǎn)的連線 為下表面壓電薄膜第一中心線、下表面壓電薄膜第二邊的中點(diǎn)與下表面壓電薄膜 第四邊的中點(diǎn)的連線為下表面壓電薄膜第二中心線。
位置分布上表面壓電薄膜2和下表面壓電薄膜3位于磁致伸縮振子1的兩 個(gè)"回"形表面上、左下側(cè)驅(qū)動(dòng)線圈4與右上側(cè)驅(qū)動(dòng)線圈5位于上表面壓電薄膜 上表面外框正方形的-一條斜對(duì)角線上。上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極6與上表面
壓電薄膜下側(cè)輸出電極8關(guān)于上表面壓電薄膜第二中心線對(duì)稱分布、位于上表面 壓電薄膜第一中心線上，且靠近上表面壓電薄膜的外邊緣；上表面壓電薄膜右側(cè) 輸出電極7、上表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極9關(guān)于上表面壓電薄膜第一中心線對(duì)稱 分布、位于上表面壓電薄膜第二中心線上，且靠近上表面壓電薄膜的外邊緣；下 表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極10與下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極12關(guān)于下表面壓 電薄膜第二中心線對(duì)稱分布、位于下表面壓電薄膜第一中心線上，且靠近下表面 壓電薄膜的外邊緣；下表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極11與下表面壓電薄膜左側(cè)輸出 電極13關(guān)于下表面壓電薄膜第一中心線對(duì)稱分布、位于下表面壓電薄膜第二中心 線上，且靠近下表面壓電薄膜的外邊緣。上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極6與下表 面壓電薄膜上側(cè)輸出電極10的連線、上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極7與下表面壓 電薄膜右側(cè)輸出電極11的連線、上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極8與下表面壓電薄 膜下側(cè)輸出電極12的連線、上表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極9與下表面壓電薄膜左 側(cè)輸出電極13的連線均與磁致伸縮振子的上下表面壓電薄膜垂直。
磁致伸縮振子中一條與Z軸平行的邊為磁致伸縮振子第一邊，順時(shí)針方向下 一條與Z軸平行的邊為磁致伸縮振子第二邊，依次為磁致伸縮振子第三邊，磁致 伸縮振子第四邊。經(jīng)有限元分析，發(fā)現(xiàn)在工作振動(dòng)模態(tài)下有四個(gè)點(diǎn)振動(dòng)位移很小。 因此本實(shí)施例陀螺儀選用這四個(gè)點(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)即固定點(diǎn))，其位置分別為壓電 振子第一邊中點(diǎn)與壓電振子第二邊中點(diǎn)連線上距壓電振子第一邊中點(diǎn)距離為壓電 振子上表面正方形邊長(zhǎng)的1/4點(diǎn)、壓電振子第一邊中點(diǎn)與壓電振子第二邊中點(diǎn)連 線上距壓電振子第二邊中點(diǎn)距離為壓電振子上表面正方形邊長(zhǎng)的1/4點(diǎn)、壓電振 子第三邊中點(diǎn)與壓電振子第四邊中點(diǎn)連線上距壓電振子第三邊中點(diǎn)距離為壓電振 子上表面正方形邊長(zhǎng)的1/4點(diǎn)、壓電振子第三邊中點(diǎn)與壓電振子第四邊中點(diǎn)連線 上距壓電振子第四邊中點(diǎn)距離為壓電振子上表面正方形邊長(zhǎng)的1/4點(diǎn)。
加工工藝對(duì)塊狀導(dǎo)電磁致伸縮材料進(jìn)行切割，研磨便得到磁致伸縮振子。 然后以磁致伸縮振子作為基體，采用微細(xì)加工工藝制備壓電薄膜，驅(qū)動(dòng)線圈以及 電極。
本實(shí)施例利用磁致伸縮體的在特殊模態(tài)下的振動(dòng)作為參考振動(dòng)，利用壓電效 應(yīng)得到輸出信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)外界的角速度。X軸為上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極7 和上表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極9中心連線，Y軸上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極8
和上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極6中心連線，X軸、Y軸、Z軸符合右手定則。當(dāng) 左下側(cè)驅(qū)動(dòng)線圈4以及右上側(cè)驅(qū)動(dòng)線圈5通入一定頻率的交變電流激勵(lì)時(shí)(處于 一定的模態(tài))，磁致伸縮振子會(huì)產(chǎn)生特定模態(tài)振動(dòng)，其中磁致伸縮振子在上表面壓 電薄膜上側(cè)輸出電極6所在位置的振動(dòng)方向?yàn)閅軸負(fù)方向，而在下表面壓電薄膜 上側(cè)輸出電極10所在的位置振動(dòng)方向?yàn)閅軸正方向。由于兩個(gè)位置的振動(dòng)方向相 反，當(dāng)外加受到水平X方向(即圖中左右方向)的角速度時(shí)，所受到的柯氏力的 方向相反。使得磁致伸縮振子在上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極6與下表面壓電薄 膜上側(cè)輸出電極10所在位置的磁致伸縮振子的Z軸方向產(chǎn)生拉伸或壓縮。最終使 得上表面壓電薄膜與下表面壓電薄膜產(chǎn)生彎曲，將磁致伸縮振子接地，使得上側(cè) 輸出電極6與下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極10均有一定的電勢(shì)，且兩者相等。由 于柯氏力的大小與外界角速度大小成正比，外界角速度引起的電勢(shì)的大小與柯氏 力成正比，可知角速度引起的電勢(shì)的大小與外界角速度的大小成正比。因此可以 通過上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極6與下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極10的電勢(shì)來 檢測(cè)X方向的角速度，進(jìn)而上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極8與下表面壓電薄膜下 側(cè)輸出電極12的電勢(shì)也與外界角速度的大小成正比。上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電 極6、下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極10的電勢(shì)與上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極8、 下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極12的電勢(shì)正負(fù)相反，為了使輸出信號(hào)更大，陀螺的 精度更高，最終將上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極6的電勢(shì)與下表面壓電薄膜上側(cè) 輸出電極10的電勢(shì)相加，再減去上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極8的電勢(shì)和下表面 壓電薄膜下側(cè)輸出電極12的電勢(shì)作為X方向上的角速度的檢測(cè)信號(hào)。上表面壓電 薄膜右側(cè)輸出電極7與上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極6的運(yùn)動(dòng)方向垂直，同理將 上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極7的電勢(shì)與下表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極11的電勢(shì) 相加，再減去上表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極9的電勢(shì)和下表面壓電薄膜左側(cè)輸出 電極13的電勢(shì)作為Y方向角速度的檢測(cè)信號(hào)。
權(quán)利要求
1、一種具有“回”型柱狀體振子磁致伸縮壓電陀螺儀，包括磁致伸縮振子、上表面壓電薄膜、下表面壓電薄膜、左下側(cè)驅(qū)動(dòng)線圈、右上側(cè)驅(qū)動(dòng)線圈、上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極、上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極、上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極、上表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極、下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極、下表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極、下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極、下表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極，其特征在于，所述磁致伸縮振子為具有正方形通孔的“回”型柱狀體，具有兩個(gè)“回”型表面，這兩個(gè)“回”型表面相互平行，其中一個(gè)“回”型表面為磁致伸縮振子的上表面，則另一個(gè)“回”型表面為磁致伸縮振子的下表面，上表面壓電薄膜、下表面壓電薄膜分別位于磁致伸縮振子上表面、下表面上，上表面壓電薄膜、下表面壓電薄膜具有與磁致伸縮振子相同的“回”型表面；上表面壓電薄膜與磁致伸縮振子接觸的回型表面為上表面壓電薄膜下表面，則上表面壓電薄膜另一回型表面為上表面壓電薄膜上表面，下表面壓電薄膜與磁致伸縮振子接觸的回型表面為下表面壓電薄膜上表面，則下表面壓電薄膜另一回型表面為下表面壓電薄膜下表面，上表面壓電薄膜上表面外框正方形上側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第一邊，上表面壓電薄膜上表面外框正方形右側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第二邊，上表面壓電薄膜上表面外框正方形下側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第三邊，上表面壓電薄膜上表面外框正方形左側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第四邊，下表面壓電薄膜下表面外框正方形上側(cè)的邊為下表面壓電薄膜第一邊，下表面壓電薄膜下表面外框正方形右側(cè)的邊為下表面壓電薄膜第二邊，下表面壓電薄膜下表面外框正方形下側(cè)的邊為下表面壓電薄膜第三邊，下表面壓電薄膜下表面外框正方形左側(cè)的邊為下表面壓電薄膜第四邊；上表面壓電薄膜第一邊的中點(diǎn)與上表面壓電薄膜第三邊的中點(diǎn)的連線為上表面壓電薄膜第一中心線，上表面壓電薄膜第二邊的中點(diǎn)與上表面壓電薄膜第四邊的中點(diǎn)的連線為上表面壓電薄膜第二中心線，下表面壓電薄膜第一邊的中點(diǎn)與下表面壓電薄膜第三邊的中點(diǎn)的連線為下表面壓電薄膜第一中心線，下表面壓電薄膜第二邊的中點(diǎn)與下表面壓電薄膜第四邊的中點(diǎn)的連線為下表面壓電薄膜第二中心線；所述左下側(cè)驅(qū)動(dòng)線圈與右上側(cè)驅(qū)動(dòng)線圈位于上表面壓電薄膜上表面外框正方形的一條斜對(duì)角線上，上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極與上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極關(guān)于上表面壓電薄膜第二中心線對(duì)稱分布、位于上表面壓電薄膜第一中心線上，上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極、上表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極關(guān)于上表面壓電薄膜第一中心線對(duì)稱分布、位于上表面壓電薄膜第二中心線上，下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極關(guān)于下表面壓電薄膜第二中心線對(duì)稱分布、位于下表面壓電薄膜第一中心線上，下表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極關(guān)于下表面壓電薄膜第一中心線對(duì)稱分布、位于下表面壓電薄膜第二中心線上；所述上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極的連線、上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極的連線、上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極的連線、上表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極的連線均與磁致伸縮振子的上下表面壓電薄膜垂直。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有"回"型柱狀體振子磁致伸縮壓電陀螺儀， 其特征是，所述陀螺儀有四個(gè)節(jié)點(diǎn)，其位置分別為壓電振子第一邊中點(diǎn)與壓電振 子第二邊中點(diǎn)連線上距壓電振子第一邊中點(diǎn)距離為壓電振子上表面正方形邊長(zhǎng) 的1/4點(diǎn)、壓電振子第一邊中點(diǎn)與壓電振子第二邊中點(diǎn)連線上距壓電振子第二邊 中點(diǎn)距離為壓電振子上表面正方形邊長(zhǎng)的1/4點(diǎn)、壓電振子第三邊中點(diǎn)與壓電振 子第四邊中點(diǎn)連線上距壓電振子第三邊中點(diǎn)距離為壓電振子上表面正方形邊長(zhǎng) 的1/4點(diǎn)、壓電振子第三邊中點(diǎn)與壓電振子第四邊中點(diǎn)連線上距壓電振子第四邊 中點(diǎn)距離為壓電振子上表面正方形邊長(zhǎng)的1/4點(diǎn)，其中磁致伸縮振子中一條與Z 軸平行的邊為磁致伸縮振子第一邊，順時(shí)針方向下一條與Z軸平行的邊為磁致伸 縮振子第二邊，依次為磁致伸縮振子第三邊，磁致伸縮振子第四邊。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有"回"型柱狀體振子磁致伸縮壓電陀螺 儀，其特征是，所述磁致伸縮振子，其材料為磁致伸縮材料。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有"回"型柱狀體振子磁致伸縮壓電陀螺儀， 其特征是，所述上表面壓電薄膜第一邊與下表面壓電薄膜第一邊平行，上表面壓電薄膜第一邊與下表面壓電薄膜第一邊位于磁致伸縮振子、上表面壓電薄膜和下 表面壓電薄膜構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的同一表面上。
全文摘要
本發(fā)明公開一種微機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域的具有“回”型柱狀體振子磁致伸縮壓電陀螺儀，由磁致伸縮振子和驅(qū)動(dòng)電極，輸出電極，模態(tài)檢測(cè)電極組成。振子材料為壓電材料，為具有正方形通孔的“回”型柱狀體。所有電極關(guān)于磁致伸縮振子對(duì)稱分布。利用磁致伸縮振子在一定頻率下的特殊模態(tài)下的振動(dòng)作為工作狀態(tài)，在兩個(gè)方向上均有磁致伸縮振子的上下表面的特殊位置在運(yùn)動(dòng)方向相反。當(dāng)外界有角速度時(shí)，運(yùn)動(dòng)方向相反的位置產(chǎn)生方向相反柯氏力，使磁致伸縮振子拉伸或壓縮，產(chǎn)生電勢(shì)，通過檢測(cè)輸出電極上的電勢(shì)檢測(cè)外界雙軸的角速度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗沖擊性強(qiáng)，不需要真空封裝，具有方便固定的節(jié)點(diǎn)，雙軸檢敏感，加工工藝簡(jiǎn)單，不需要高速轉(zhuǎn)動(dòng)節(jié)省功耗。
文檔編號(hào)G01C19/5705GK101339029SQ200810041679
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月14日
發(fā)明者盧奕鵬, 張衛(wèi)平, 陳文元 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)