周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微機(jī)械傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]陀螺儀是測量載體相對(duì)于慣性空間角運(yùn)動(dòng)的傳感器，是慣性導(dǎo)航和姿態(tài)測量系統(tǒng)的基礎(chǔ)核心器件。在精確制導(dǎo)、無人系統(tǒng)、石油勘探、穩(wěn)定平臺(tái)、空間飛行器等領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]陀螺儀的綜合性能和成本是決定其發(fā)展方向的根本因素。隨著微機(jī)械加工工藝的發(fā)展和微陀螺技術(shù)研究的不斷深入，微半球殼體振動(dòng)陀螺成為最具發(fā)展?jié)摿Φ奈⑼勇葜?，是近年來研究的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。半球殼體振動(dòng)陀螺的高性能歸根于其高度對(duì)稱的敏感結(jié)構(gòu)，該類陀螺對(duì)制造精度要求非常高。制造誤差、非對(duì)稱應(yīng)力等都極易導(dǎo)致敏感結(jié)構(gòu)工作模態(tài)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而引起微陀螺驅(qū)動(dòng)和檢測輸出信號(hào)發(fā)生變化。
[0004]隨著體積的減小，微半球振動(dòng)陀螺的相對(duì)誤差會(huì)顯著增加，微陀螺性能提升受到很大制約。目前報(bào)道的微半球陀螺頻率裂解通常在幾十到幾百赫茲，必須要經(jīng)過結(jié)構(gòu)精密修調(diào)以及電路控制與補(bǔ)償。由于微半球陀螺工作模態(tài)的剛性軸對(duì)結(jié)構(gòu)誤差、非對(duì)稱應(yīng)力、溫度變化等非常敏感，導(dǎo)致敏感結(jié)構(gòu)耦合誤差相對(duì)較大，性能很難提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能顯著提升結(jié)構(gòu)的工作穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性、便于加工且精度易于保證的周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)及其制備方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)，包括一端開口、另一端封閉的半球狀殼體，所述半球狀殼體垂直于中心軸線的截面為環(huán)狀截面，所述環(huán)狀截面的內(nèi)徑呈周期性連續(xù)變化，且自半球狀殼體的開口端至封閉端所述環(huán)狀截面的內(nèi)徑遞減。
[0007]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn):
所述環(huán)狀截面的內(nèi)徑呈正弦周期性連續(xù)變化。
[0008]作為一個(gè)總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述的周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟:
將一石英片置于一成型空腔之上，對(duì)所述石英片進(jìn)行加熱，同時(shí)對(duì)所述成型空腔進(jìn)行抽真空，將軟化的石英片吸附至所述成型空腔的腔壁上，得到周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)。
[0009]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn):
所述成型空腔位于一下模具中，所述下模具包括抽真空孔，所述抽真空孔與成型空腔連通，所述石英片定位于一上模具和所述下模具之間。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于: 1、本發(fā)明的周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)，包括一端開口、另一端封閉的半球狀殼體，該半球狀殼體垂直于中心軸線的截面為環(huán)狀截面，環(huán)狀截面的內(nèi)徑呈周期性連續(xù)變化，且自半球狀殼體的開口端至封閉端該環(huán)狀截面的內(nèi)徑遞減。本發(fā)明的周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)是由微半球殼體諧振結(jié)構(gòu)演化而來的周期化的對(duì)稱諧振結(jié)構(gòu)，這種周期化特性，克服了傳統(tǒng)微半球殼體諧振結(jié)構(gòu)對(duì)加工精度要求高或受溫度影響大等突出問題，使該周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)的工作模態(tài)剛性軸穩(wěn)定性大大提高，顯著降低了結(jié)構(gòu)誤差(如結(jié)構(gòu)缺陷、厚度誤差、不均勻性、溫度變化等)對(duì)微結(jié)構(gòu)工作模態(tài)穩(wěn)定性的影響，能夠顯著提升結(jié)構(gòu)的工作穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性。而且該諧振子結(jié)構(gòu)的環(huán)向尺寸較大，周期精度易于保證，大大降低了諧振結(jié)構(gòu)對(duì)相對(duì)加工精度的要求。
[0011]2、本發(fā)明的周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)的制備方法，采用基于熔融石英的高溫吹制成型加工得到周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)，這種高精度靠模法制備的周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)可通過微裝配工藝與玻璃基板連接形成周期化微殼體諧振陀螺，該方法實(shí)現(xiàn)了周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)的一體化加工，極大提高了周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)的三維曲面面形加工精度和結(jié)構(gòu)對(duì)稱度。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明的周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)的制備示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0015]實(shí)施例1:
圖1示出了本發(fā)明的周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)實(shí)施例，該周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)包括一端開口、另一端封閉的半球狀殼體，該半球狀殼體垂直于中心軸線的截面為環(huán)狀截面，環(huán)狀截面的內(nèi)徑呈周期性連續(xù)變化，且自半球狀殼體的開口端至封閉端該環(huán)狀截面的內(nèi)徑遞減。該周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)是由微半球殼體諧振結(jié)構(gòu)演化而來的周期化對(duì)稱殼體諧振結(jié)構(gòu)，這種周期性特性，克服了傳統(tǒng)微半球殼體諧振結(jié)構(gòu)對(duì)加工精度要求高或受溫度影響大等突出問題，使該周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)的工作模態(tài)剛性軸穩(wěn)定性大大提高，顯著降低了結(jié)構(gòu)誤差(如結(jié)構(gòu)缺陷、厚度誤差、不均勻性、溫度變化等)對(duì)微結(jié)構(gòu)工作模態(tài)穩(wěn)定性的影響，能夠顯著提升結(jié)構(gòu)的工作穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性。而且該諧振子結(jié)構(gòu)的環(huán)向尺寸較大，周期精度易于保證，大大降低了諧振結(jié)構(gòu)對(duì)相對(duì)加工精度的要求。
[0016]本實(shí)施例中，環(huán)狀截面的內(nèi)徑呈正弦周期性連續(xù)變化。
[0017]環(huán)狀截面為恒寬環(huán)狀截面，不同環(huán)狀截面的寬度可以不一致。
[0018]圖2示出了本發(fā)明的周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟:
S1、如圖2(b)所示，按從上到下為上模具21、石英片22和下模具23的順序進(jìn)行裝配，下模具23包括抽真空孔24和成型空腔25，成型空腔25與周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)配合，抽真空孔24與成型空腔25連通，上模具21包括內(nèi)孔，內(nèi)孔直徑大于石英片22與下模具23構(gòu)成的空腔的直徑； 本實(shí)施例的上模具21和下模具23采用石墨材料磨削加工得到，如圖2(a)所示。
[0019]S2、利用抽真空孔24對(duì)成型空腔25進(jìn)行抽真空，同時(shí)采用高溫噴燈對(duì)石英片22進(jìn)行局部快速加熱使其軟化，在內(nèi)外空氣壓差的作用下，將熔融的石英片22吸附至成型空腔25的腔壁上，完成石英片22的成型加工，如圖2(c)所示；
S3、拆卸上模具21和下模具23，得到周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)，如圖2(d)所示，然后通過超精密磨削技術(shù)釋放該周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)。
[0020]本發(fā)明的周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)的制備方法，采用基于熔融石英的高溫吹制成型加工得到周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)，這種高精度靠模法制備的周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)可通過微裝配工藝與玻璃基板連接形成周期化微殼體諧振陀螺，該方法實(shí)現(xiàn)了周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)的一體化加工，極大提高了周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)的三維曲面面形加工精度和結(jié)構(gòu)對(duì)稱度。
[0021]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例。凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)該指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下的改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一端開口、另一端封閉的半球狀殼體(1)，所述半球狀殼體(I)垂直于中心軸線(C)的截面為環(huán)狀截面，所述環(huán)狀截面的內(nèi)徑呈周期性連續(xù)變化，且自半球狀殼體(I)的開口端至封閉端所述環(huán)狀截面的內(nèi)徑遞減。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述環(huán)狀截面的內(nèi)徑呈正弦周期性連續(xù)變化。3.—種如權(quán)利要求1或2所述的周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將一石英片(22)置于一成型空腔(25)之上，對(duì)所述石英片(22)進(jìn)行加熱，同時(shí)對(duì)所述成型空腔(25)進(jìn)行抽真空，將軟化的石英片(22)吸附至所述成型空腔(25)的腔壁上，得到周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述成型空腔(25)位于一下模具(23)中，所述下模具(23)包括抽真空孔(24)，所述抽真空孔(24)與成型空腔(25)連通，所述石英片(22)定位于一上模具(21)和所述下模具(23)之間。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)及其制備方法，該周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)包括一端開口、另一端封閉的半球狀殼體，所述半球狀殼體垂直于中心軸線的截面為環(huán)狀截面，所述環(huán)狀截面的內(nèi)徑呈周期性連續(xù)變化，且自半球狀殼體的開口端至封閉端所述環(huán)狀截面的內(nèi)徑遞減。制備方法包括以下步驟：將一石英片置于一成型空腔之上，對(duì)所述石英片進(jìn)行加熱，同時(shí)對(duì)所述成型空腔進(jìn)行抽真空，將軟化的石英片吸附至所述成型空腔的腔壁上，得到周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的周期化微殼體諧振結(jié)構(gòu)能夠顯著提升結(jié)構(gòu)的工作穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性，而且該諧振子結(jié)構(gòu)的環(huán)向尺寸較大，周期精度易于保證，大大降低了諧振結(jié)構(gòu)對(duì)相對(duì)加工精度的要求。
【IPC分類】G01C19/5783, G01C19/56
【公開號(hào)】CN105588554
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610042776
【發(fā)明人】侯占強(qiáng), 吳學(xué)忠, 肖定邦, 陳志華, 李微, 吳宇列, 盧坤, 石巖
【申請(qǐng)人】中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2016年1月22日