專利名稱:支撐環(huán)形激光角速度傳感器的高頻振動機構的制作方法
本發(fā)明涉及環(huán)形激光角速度傳感器，更確切地說，涉及支撐環(huán)形激光角速度傳感器的高頻振動機構。
環(huán)形激光角速度傳感器是人們熟知的，這在基爾帕特里克(Killpatrick)的美國專利3，323，411和3，373，650中有示范說明，在此作為參考?，F(xiàn)時的環(huán)形激光角速度傳感器一般包括一個熱穩(wěn)定的和機械穩(wěn)定的激光臺座，此臺座具有許多用于封閉氣體的成形腔。反射鏡位于腔的端部，用于反射激光束和提供閉環(huán)光路。
與這種傳感器相關的是一種稱為鎖定的現(xiàn)象，在現(xiàn)有技術中有時已經認識到這種現(xiàn)象，并且已經用轉動振動(高頻振動)傳感器加以解決。完成高頻振動的裝置通常包括一個與支撐系統(tǒng)相連的壓電激勵裝置，使傳感器的臺座以支撐系統(tǒng)的自然機械共振頻率進行角振動。高頻振動疊加到傳感器在慣性空間的實際轉動上，現(xiàn)有技術包括找出與高頻振動無關的慣性轉動數(shù)據的種種途徑，而這不構成本發(fā)明的一部分。
現(xiàn)有技術中的高頻振動的支撐機構包括在麥克奈爾(McNair)的美國專利4，321，557、蓋默茨費爾德(Gamertsfelder)等人的美國專利4，411，527和庫瑪(Kumar)等人的美國專利4，436，423中舉例說明的那些。
現(xiàn)在，在環(huán)形激光角速度傳感器技術領域：
中的發(fā)展，已經可以提供具有1平方英寸量級的激光臺座的激光傳感器。減小傳感器的尺寸有很多優(yōu)點，包括成本低和重量輕?，F(xiàn)有技術的高頻振動的支撐系統(tǒng)沒有致力于很好地研究小型傳感器臺座，之所以如此，是因為必須減小高頻振動機構的尺寸這件事，通常使高頻振動機構的成本增加。更何況很多高頻振動機構需要在激光臺座中有一個大的開孔，來安放高頻振動機構，并且把該機構固定在臺座開孔的內壁上。
本發(fā)明的目的是提供一個由于易于制造而成本低的支撐環(huán)形激光角速度傳感器的高頻振動機構。
本發(fā)明的高頻振動機構使用一對撓性板，該板包括由起彈簧作用的輪輻連接在一起的一個環(huán)形外輪箍和一個內輪轂。一個框架作為一個部分形成高頻振動的支撐機構。該框架具有一個尺寸足夠大的環(huán)狀開孔，用于安放固定在兩塊撓性板的內輪轂之間的激光臺座。兩塊撓性板和夾在其間的激光臺座放入框架開孔中。撓性板的環(huán)形外輪箍牢牢固定在框架開孔的環(huán)形內壁上。
圖1是說明環(huán)形激光角速度傳感器和高頻振動的支撐機構的部件分解圖。
圖2是撓性板的橫截面圖。
圖3是高頻振動的支撐機構和激光傳感器組件的橫截面圖。
圖4是另一個高頻振動的支撐機構和激光臺座組件的橫截面圖。
圖5是另一個撓性板結構。
現(xiàn)在參照附圖，圖1表示一個帶有激光臺座12的環(huán)形激光角速度傳感器10。在波德戈爾斯基(Podgorski)的美國專利3，390，606和基爾帕特里克(Killpatrick)的美國專利3，467，427中給出了激光傳感器和激光臺座的例子，在此以這兩個專利作為參考。激光臺座12具有包括反射鏡13、14、15和電極16、17、18在內的三角形閉環(huán)光路。圖1還表示出撓性板20和30、框架40、蓋片50、端板60、柱螺栓65和六角螺母66。
撓性板20和30都包括一個環(huán)形輪箍22、一個中心部件24和3個彈簧26。彈簧26如圖所示作為輪輻。中心部件輪轂作用。如圖2所示，輪輻比輪箍22、中心部件24的外表面27、28稍稍凹一些。圖1和圖2表示有相同厚度的中心部件和輪箍，但是也可以按其它方式加工，以減少成本和重量，而這或許會減小系統(tǒng)的彈性常數(shù)(即系統(tǒng)的共振頻率)。撓性板最好使用一種適當材料(例如金屬)，具有整體結構。
激光臺座12包括一個與傳感器軸平行的，貫穿臺座的開孔。而且，每個撓性板都包括一個與其中心軸同軸的開孔。撓性板20、30和激光臺座12的開孔允許一根柱螺栓65穿過。
框架40最好由一種適宜與撓性板20和30焊接的材料構成?？蚣?0包括一個具有內壁43的環(huán)形開孔42，其內壁的曲率半徑稍稍大于撓性板20和30的環(huán)形輪箍的外曲率半徑。在本發(fā)明的較佳實施例中，框架的高度基本上等于撓性板20和30的兩個環(huán)形輪箍的厚度和臺座12的厚度之和，這正如圖3的簡化橫截面圖所示?？蚣?0還包括一個環(huán)狀凸緣41，用于安裝在慣性傳感器單元中。
圖3中，柱螺栓65與六角螺母66相配合，牢牢地把位于兩個撓性板的輪轂(即中心部件)24之間的臺座12固定在一起。撓性板20和30的環(huán)形輪箍22的外表面通過焊接(例如激光焊接或類似手段)牢牢地與框架40的環(huán)形內壁固定在一起。安裝在框架頂部和底部的是蓋片50和端板60。蓋片50和端板60可以通過各種技術手段固定在框架40上，其中包括把它們焊接在一起，用螺紋連接在一起，或其它類似手段。端板60具有電引出管腳，用于連接氣體電離電極和激光器10的激光傳感器數(shù)字顯示裝置(未畫出)。
如圖1和圖3所示，撓性板30包括安裝在彈簧26上的壓電裝置70，用于以電動一機械方式彎曲彈簧26，引起其切線方向的彎曲，使陀螺臺座12能夠相對于框架40振動。為了得到預期的作用而使用固定在彈簧26上的壓電裝置，在本技術領域：
中是人們熟知的。
在本發(fā)明范圍內的另一種結構表示在圖4中，圖4中，撓性板20和30的環(huán)形輪箍焊接到框架40的頂部和底部表面上。如前所述，圖4中所示的結構提供一個高頻振動的支撐機構，達到了使臺座相對于框架振動的預期目的。對于圖1、圖2、圖3所示的結構，當設想把環(huán)形外輪箍焊接到框架上的同時，應當理解到使用帶螺紋的部件也能夠達到把環(huán)形輪箍牢牢地固定在框架上這種相同的預期目的。具體地說，可以把框架40的開孔42車上螺紋，在里面裝上車了螺紋的環(huán)形輪箍。或者，環(huán)形輪箍可以具有一個車了螺紋的伸出部，用來使其擰到框架的外表面上。
圖5所示是撓性板20或30的另一種結構。除了去掉了環(huán)形輪箍以外，圖5中的撓性板200基本上就是圖1中的撓性板20。撓性板200包括一個中心部件224和有第一、第二端部230、231的彈簧226。每個作為輪輻的彈簧226的第一端部從中心部件224伸出。徑向伸出離中心部件較遠的第二端部231最好具有與框架40的環(huán)形內壁的半徑相適合的外曲率半徑，以允許在彈簧的第二端部和框架之間進行焊接操作。
圖5中給出的撓性板200同樣可以用作撓性板30，在該撓性板上用與圖1所示相似的方法裝上壓電裝置70。撓性板200的優(yōu)點包括總重量較小和可以進行另外的機械安裝。例如，可以在框架40上開槽，使其與彈簧226的徑向伸出部分相匹配，有助于系統(tǒng)的裝配工作。
雖然圖1所示的較佳實施例中表示出兩塊把激光臺座12固定在一起的撓性板，但是只有撓性板30是必需的。即為實現(xiàn)預期的目的，僅僅需要一塊具有壓電裝置(其使彈簧彎曲產生切線方向的運動)的單個撓性板。
應該理解，本發(fā)明并不僅僅局限于這里說明和指出的結構的絲毫不差的細節(jié)，因為對于本技術領域：
的技術熟練人員，尤其是機械裝配領域的那些技術熟練人員，將會對該結構做出明顯的修改。
雖然本發(fā)明的實施例在附圖中給出一種三角形激光臺座，但是本發(fā)明并不局限于此，激光臺座12只是作為一個被驅動的部件，并且高頻振動的支撐機構可以用來把切線運動傳遞給被驅動部件。特別是在激光傳感器的技術領域：
中，被驅動的部件也可以是一個矩形傳感器，以及一個立方體激光傳感器(即在一個臺座中有三個激光傳感器)，和其它類似的傳感器。
權利要求
1.在帶有一個激光臺座12，由一個高頻振動的支撐機構相對于一個軸驅動的激光角速度傳感器10中，該高頻振動的支撐機構包括有中心軸的第一塊撓性板20，所說的第一塊撓性板有一個中心部件24和一些有第一端部與第二端部的彈簧26，所說的每一個第一端部從所說的中心部件伸出，所說的每一根彈簧都能在切線方向彎曲，在所說的中心部件和所說的第二端部之間產生有限的相對運動；一個為安放所說的激光臺座而有一個開孔42的框架40。用于把所說的激光臺座和所說的第一塊撓性板的中心部件固定在一起的裝置65、66；用于把所說的彈簧的第二端部與所說的框架相固定的裝置。
2.權利要求
1的裝置進一步包括有中心軸的第二塊撓性板30，所說的第二板撓性板有一個中心部件24和一些有第一端部與第二端部的彈簧26，所說的每一個第一端部從所說的第二塊撓性板塊的中心部件伸出，所說的第二塊撓性板的每一根彈簧都能在切線方向彎曲，在第二塊撓性板的所說的中心部件和所說的第二端部之間產生有限的相對運動;用于在所說的第一塊和第二塊撓性板之間牢牢地固定所說的激光臺座12的裝置65、66，其中所說的第一塊和第二塊撓性板20、30的中心軸是同軸的;用于把所說的第二塊撓性板的彈簧的第二端部與所說的框架相固定的裝置。
3.權利要求
1的高頻振動的支撐機構，其中所說的框架開孔42有一個圍繞著貫穿的中心軸的環(huán)形內壁43，能夠安放所說的激光臺座12和所說的第一塊撓性板20，所說的彈簧的每一個第二端部都牢牢地固定在所說的環(huán)形內壁上。
4.權利要求
1的高頻振動的支撐機構，其中所說的激光臺座12包括一個平行于所說的傳感器的輸入軸的開孔，而且在所說的第一塊撓性板中有一個為安放穿入的螺栓的開孔。
5.在帶有一個激光臺座，由一個高頻振動的支撐機構相對于一個軸驅動的激光角速度傳感器中，該高頻振動的支撐機構包括有中心軸的第一塊撓板20，所說的第一塊撓性板有一個與所說的中心軸同軸的環(huán)形外輪箍22;一個中心部件24和一些從所說的環(huán)形外輪箍和所說的中心部件伸出的彈簧26，每一根彈簧都能在切線方向彎曲，在所說的中心部件和所說的環(huán)形輪箍之間產生有限的相對運動;一個為安放所說的激光臺座12而有一個開孔42的框架40;用于把所說的激光臺座和所說的第一塊撓性板的中心部件固定在一起的裝置65、66;用于把所說的第一塊撓性板的環(huán)形輪箍與所說的框架相固定的裝置。
6.權利要求
5的高頻振動的支撐機構，其中所說的框架開孔42有一個圍繞著貫穿的中心軸的環(huán)形內壁43，能夠安放所說的激光臺座12和所說的第一塊撓性板20，所說的第一塊撓性板的環(huán)形輪箍牢牢固定在所說的環(huán)形內壁上。
7.權利要求
5的高頻振動的支撐機構，其中所說的激光臺座包括一個平行于所說的傳感器的輸入軸的開孔，而且在所說的第一塊撓性板中有一個為安放穿入的螺栓65的開孔。
8.在帶有一個激光臺座12，由一個高頻振動的支撐機構相對于一個軸驅動的激光角速度傳感器中，該高頻振動的支撐機構包括有中心軸的第一塊和第二塊撓性板20、30，每一塊撓性板都有一個與所說的中心軸同軸的環(huán)形外輪箍22，一個中心部件24和一些從所說的中心部件軸伸出至環(huán)形外輪箍的徑向彈簧，每一根彈簧都能在切線方向彎曲，在所說的中心部件和所說的環(huán)形輪箍之間產生有限的相對運動;一個為安放所說的激光臺座而有一個開孔42的框架40;用于把所說的激光臺座固定在所說的第一塊和第二塊撓性板的中心部件之間的裝置65、66，所說的部件的中心軸是同軸的。用于把所說的第一塊和第二塊撓性板的環(huán)形輪箍牢牢固定在所說的框架上的裝置。
9.權利要求
8的高頻振動的支撐機構，其中所說的框架開孔42有一個圍繞著貫穿的中心軸的環(huán)形內壁43，能夠安放所說的激光臺座和第一塊、第二塊撓性板，而且第一塊、第二塊撓性板的環(huán)形輪箍牢牢固定在所說的環(huán)形內壁上。
10.權利要求
8的高頻振動的支撐機構，其中所說的激光臺座包括一個平行于所說的傳感器的輸入軸的開孔，而且在與中心軸同軸的所說的第一塊、第二塊撓性板中都有一個為安放穿入的螺栓的開孔。
11.權利要求
8的高頻振動的支撐機構，包括使所說的彈簧彎曲，從而使所說的激光臺座相對于所說的框架作切線運動的裝置70。
12.一個把關于一個軸的切線運動傳遞給一個被驅動部件的高頻振動的支撐機構，所說的高頻振動的支撐機構包括有中心軸的第一塊撓性板20，所說的第一塊撓性板有一個中心部件24和一些有第一端部和第二端部的彈簧26，所說的每一個第一端部都從所說的中心部件伸出，所說的每根彈簧都能在切線方向彎曲，在所說的中心部件和所說的第二端部之間產生有限的相對運動;一個為安放所說的被驅動部件而有一個開孔42的框架40;用于把所說的激光臺座和所說的第一塊撓性板的中心部件牢牢固定在一起的裝置65;用于把所說的彈簧的第二端部牢牢固定在所說的框架上的裝置。
專利摘要
各自有一個環(huán)形外輪箍22、一個輪轂24和連接它們的徑向彈簧26的一對撓性板20、30，夾住一個激光臺座12，一個有安放撓性板和臺座這種夾層組件的開孔42的框架40，焊接到環(huán)形外輪箍22上，提供一個支撐環(huán)形激光角速度傳感器的高頻振動機構。
文檔編號G01C19/66GK86103129SQ86103129
公開日1986年11月26日 申請日期1986年5月5日
發(fā)明者約爾·G·翰斯, 約瑟夫·E·基爾帕特里克 申請人:霍尼韋爾公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan