技术领域
[0001] 本
发明属于微惯性导航仪器测量仪器仪表零部件的技术领域，具体涉及一种压电驱动压电检测的解耦式微陀螺装置。
背景技术
[0002] 陀螺是用于测量
角速率的
传感器，是惯性技术的核心器件之一，在现代工业控制、航空航天，国防军事，消费
电子等领域发挥着重要作用。
[0003] 对于微机械陀螺而言，
正交误差是影响其性能的重要因素。未解耦结构的陀螺，
质量块和固定端用一个二维弹性梁联系，单个质量块具有驱动和检测两个
自由度，模态之间存在严重耦合；解耦式陀螺可分为单解耦和双解耦，单解耦结构陀螺仅解除了检测模态对驱动模态的耦合，驱动模态会影响检测模态；双级解耦结构陀螺，驱动模态不影响检测模态，检测模态不影响驱动模态，可消除两个模态之间的耦合误差，降低正交误差的影响，可提高
角速度信号检测的
精度。本发明以减少正交耦合误差为目的，通过合理巧妙的陀螺结构设计来减少正交耦合误差，从本质上降低了耦合误差对微陀螺的性能影响。
[0004] 此外，本发明中微陀螺采用压电驱动，压电检测，压电驱动采用逆
压电效应，具有
稳定性好，驱动方式简单，且驱动幅值大等诸多优点，隧道磁阻检测是采用
正压电效应，检测方式简单，易于收集微弱信号。
[0005] 通过对本领域资料查新，发现东南大学
申请了“双音叉效应的对称全解耦双质量块
硅微
陀螺仪”(申请号为201410362573.9)，其采用的是静电驱动，电容式检测，整体结构设计复杂，静电驱动位移小，检测时梳齿
电压容易击穿，横向冲击时也会吸合失效，尤其是梳齿制造工艺精度要求极高，成品率较低。本
专利设计了一种隧道磁阻面内检测的解耦式微陀螺装置，整体结构合理、紧凑、正交耦合误差小，检测精度高，该装置创新性的将电磁驱动、隧道磁阻检测应用到解耦式微陀螺中，在该技术领域还尚未见报道，是世界科技界予以探索的技术领域。
发明内容
[0006] 本发明的目的是针对背景技术的不足，设计了一种基于一种压电驱动压电检测的解耦式微陀螺装置，使微陀螺正交耦合误差小，检测精度高。
[0007] 本发明主要技术方案：一种压电驱动压电检测的解耦式微陀螺装置，所述一种压电驱动压电检测的解耦式微陀螺装置包括：
支撑框架、驱动质量块、检测质量块、中心质量块、驱动组合梁、检测组合梁；
[0008] 所述支撑框架为中间镂空具有运动空间的框架结构，所述支撑框架的内四周侧设置有四个座槽，在两侧对称分布的所述座槽内通过驱动组合梁设置驱动质量块，在另外两侧对称分布的所述座槽内通过所述检测组合梁设置检测质量块；
[0009] 所述中心质量块设置在所述支撑框架的中央
位置，并四周侧通过检测组合梁分别与驱动质量块、及检测质量块连接。
[0010] 进一步地，所述驱动组合梁、检测组合梁都为梁结构，并在梁上先布置一层底
电极层、底电极层pad，并连接固牢，在底电极层上方设置绝缘层、绝缘层电极，并连接固牢，在绝缘层上方设置引线、压电材料、引线pad，并连接固牢。
[0011] 进一步地，所述驱动质量块数量有两个，结构尺寸一致，驱动质量块前、后部设置用于设置驱动组合梁的驱动运动空间，驱动质量块与驱动组合梁厚度一致，驱动组合梁用于连接驱动质量块与支撑框架，在活动梁上沉积有所述顶电极层、压电材料、绝缘层、底电极层，在支撑框架上沉积有驱动上电极、绝缘层、驱动下电极。
[0012] 进一步地，所述检测质量块数量有两个，结构尺寸一致，检测质量块左、右部设置有用于设置检测组合梁的检测运动空间，检测质量块与检测组合梁厚度一致，检测组合梁用于连接检测质量块与支撑框架，在检测梁上沉积有所述顶电极层、压电材料、绝缘层、底电极层，在支撑框架上沉积有驱动上电极、绝缘层、驱动下电极。
[0013] 进一步地，所述中心质量块数量为一个，在中心质量块对称的两侧的座槽分别设置两个用于设置驱动组合梁的驱动运动空间，在中心质量块对称的另外两侧分别设置两个用于设置检测组合梁的检测运动空间；
[0014] 在所述驱动运动空间内设置驱动组合梁，驱动组合梁结构尺寸大小一致，与中心质量块厚度一致，用于连接检测质量块与中心质量块；
[0015] 在检测运动空间内设置检测组合梁，检测组合梁结构尺寸大小一致，与中心质量块厚度一致，用于连接驱动质量块与中心质量块。
[0016] 进一步地，所述驱动组合梁包括至少两个活动梁、及一个连接块，所述连接块呈“T”形结构，厚度与各组合梁和驱动质量块的厚度一致，所述连接块用于连接支撑框架、及驱动质量块；
[0017] 活动梁为细长状的直梁结构，在驱动运动空间内平行排布。
[0018] 进一步地，所述检测组合梁包括至少两个活动梁、及一个连接块，所述连接块呈“T”形结构，厚度与各组合梁和检测质量块的厚度一致，所述连接块用于连接支撑框架、及检测质量块；
[0019] 活动梁为细长状的直梁结构，在驱动运动空间内平行排布。
[0020] 本发明与背景技术相比具有明显的先进性，此装置采用整体结构设计，在支撑框架上设置有两个驱动质量块、两个检测质量块、一个中心质量块、六各驱动组合梁、六个检测组合梁，驱动组合梁由活动梁、连接块组成，检测组合梁由检测梁、连接块组成，隧道磁阻元件为多层膜结构，对微弱
磁场变化具有高灵敏特性，可有效提高解耦式微陀螺的检测精度，此装置结构设计合理、紧凑，正交耦合误差小，检测精度高，是十分理想的用于角速度测量得解耦式微陀螺装置。
[0021] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0022] 图1为本发明
实施例的整体结构示意图；
[0023] 图2为本发明实施例的整体结构俯视图；
[0024] 图3为本发明实施例的陀螺结示意图；
[0025] 图4为本发明实施例的陀螺结俯视图；
[0026] 图5为本发明实施例的支撑框架结构图；
[0027] 图6为本发明实施例的支撑框架俯视图；
[0028] 图7为本发明实施例的驱动质量块结构图；
[0029] 图8为本发明实施例的驱动质量块俯视图；
[0030] 图9为本发明实施例的驱动质量块及驱动组合梁结构图；
[0031] 图10为本发明实施例的驱动质量块及驱动组合梁俯视图；
[0032] 图11为本发明实施例的检测质量块结构图；
[0033] 图12为本发明实施例的检测质量块俯视图；
[0034] 图13为本发明实施例的检测质量块及检测组合梁结构图；
[0035] 图14为本发明实施例的检测质量块及检测组合梁俯视图；
[0036] 图15为本发明实施例的中心质量块结构图；
[0037] 图16为本发明实施例的中心质量块俯视图；
[0038] 图17为本发明实施例的中心质量块及组合梁结构图；
[0039] 图18为本发明实施例的中心质量块及组合梁俯视图；
[0040] 图19为本发明实施例的驱动组合梁结构图；
[0041] 图20为本发明实施例的驱动组合梁俯视图；
[0042] 图21为本发明实施例的活动梁及布线结构图；
[0043] 图22为本发明实施例的活动梁及布线俯视图；
[0044] 图23为本发明实施例的底电极结构图；
[0045] 图24为本发明实施例的底电极俯视图；
[0046] 图25为本发明实施例的绝缘层结构图；
[0047] 图26为本发明实施例的底电极俯视图；
[0048] 图27为本发明实施例的上电极结构图；
[0049] 图28为本发明实施例的上电极俯视图；
[0050] 图29为本发明实施例的压电材料结构图；
[0051] 图30为本发明实施例的压电材料俯视图。
[0052] 图中所示，附图标记清单如下：
[0053] 1-检测组合梁；2-驱动组合梁；3-检测质量块；4-检测组合梁；5-驱动组合梁；6-中心质量块；7-检测组合梁；8-驱动质量块；9-驱动组合梁；10-检测组合梁；11-驱动组合梁；12-检测质量块；13-检测组合梁；14-驱动组合梁；15-驱动质量块；16-检测组合梁；17-驱动组合梁；18-支撑框架；19-活动梁；20-活动梁；21-压电材料；22-压电材料；23-下电极pad；
24-上电极pad；25-引线；26-下电极；27-绝缘层；28-绝缘层电极pad。
具体实施方式
[0054] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0055] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组合或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，本发明实施例的描述过程中，所有图中的“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等器件位置关系，均以图1为标准。
[0056] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0057] 以下结合附图对本发明做进一步说明：
[0058] 如图1、2所示，为微陀螺整体结构图，一种压电驱动压电检测的解耦式微陀螺装置,包括:支撑框架18、驱动质量块8、15、检测质量块3、12、中心质量块6、驱动组合梁5、9、2、11、14、17、检测组合梁1、4、7、16、10、13等组成；
[0059] 在支撑框架18前、后部设置检测质量块3、12，检测质量块3、12对应通过检测组合梁1、4、10、13与支撑框架18吻合连接，可在支撑框架18上方做前、后移动，在支撑框架18左、右部设置驱动质量块8、15，驱动质量块8、15通过驱动组合梁5、9、14、17与支撑框架18吻合连接，所述驱动质量块8、15可在支撑框架18上方做左、右移动，在支撑框架18中间部分设置中心质量块6，中心质量块6通过两个检测组合梁7、16连接两个驱动质量块8、15，通过两个驱动组合梁2、11连接两个检测质量块3、12，可在支撑框架18上方做前、后、左、右移动。
[0060] 如图3、4所示，为陀螺结构图，陀螺结构外部整体结构为方形，在支撑框架18的前、后、左、右部分用于设置两个检测质量块3、12和两个驱动质量块8、15，支撑框架18在中间部分设置中心质量块6，通过驱动组合梁2、11、检测组合梁7、16分别与检测质量块连接3、12、驱动质量块8、15吻合连接。
[0061] 如图5、6所示，为支撑框架结构图，支撑框架18外部整体结构为方形，在支撑框架18的前、后、左、右部分设置四个座槽，四个座槽用于设置两个检测质量块3、12和两个驱动质量块8、15，并为驱动质量块8、15和检测质量块3、12提供运动空间。
[0062] 如图7、8所示，为驱动质量块结构图，驱动质量块8、15数量有两个，结构尺寸一致，驱动质量块8、15前、后部设置驱动运动空间，相当于所述驱动质量块8、15的整体结构为“工”字型结构，用于设置驱动组合梁5、9、14、17。
[0063] 如图9、10所示，为驱动质量块与驱动组合梁结构图，驱动质量块8、15数量为两个，结构尺寸一致，驱动组合梁2、5、9、11、14、17数量为六个，结构尺寸一致，驱动质量块8、15与驱动组合梁2、5、9、11、14、17厚度一致，驱动组合梁5、9、14、17用于连接驱动质量块8、15与支撑框架18，以驱动质量块8为例，在驱动质量块8前、后部设置的驱动组合梁5、9，活动梁为直梁结构，结构尺寸一致，形状呈细长状，即活动梁的长度远大于它的宽度与厚度，且相互平行排布驱动运动空间内。
[0064] 如图11、12所示，为检测质量块结构图，检测质量块3、12数量有两个，结构尺寸一致，检测质量块3、12左、右部设置检测运动空间，用于设置检测组合梁1、4、10、13。
[0065] 如图13、14所示，为检测质量块与检测组合梁结构图，检测质量块3、12数量为两个，结构尺寸一致，检测组合梁1、4、7、10、13、16数量为六个，结构尺寸一致，检测质量块3、12与检测组合梁1、4、10、13厚度一致，检测组合梁1、4、10、13用于连接检测质量块3、12与支撑框架18，以检测质量块3为例，检测质量块3左、右部的检测组合梁4、1由四根检测梁、连接块组成，四根检测梁为直梁结构，结构尺寸一致，形状呈细长状，即检测梁的长度远大于它的宽度与厚度，在检测运动空间内平行排布。
[0066] 如图15、16所示，为中心质量块结构图，中心质量块6数量为一个，在中心质量块6前、后部设置两个驱动运动空间，左、右部设置两个检测运动空间，驱动运动空间大小一致，用于设置驱动组合梁2、11，检测运动空间大小一致，用于设置检测组合梁7、16。
[0067] 如图17、18所示，为中心质量块与组合梁结构图，中心质量块6数量有一个，在中心质量块6前、后部检测运动空间设置驱动组合梁2、11，驱动组合梁2、11结构尺寸大小一致，与中心质量块6厚度一致，用于连接检测质量块3、12与中心质量块6；在中心质量块6左、右部检测运动空间设置检测组合梁7、16，检测组合梁7、16结构尺寸大小一致，与中心质量块6厚度一致，用于连接驱动质量块8、16与中心质量块6。
[0068] 如图19、20所示，所述检测组合梁与驱动组合梁的结构相同，仅为设置位置不同，在本实施例中，仅以所述驱动组合梁5为例，所述微陀螺驱动组合梁5包括至少两个活动梁19、20、及一个连接块50，所述连接块50呈“T”形结构，厚度与各组合梁和驱动质量块5的厚度一致，所述连接块50用于连接支撑框架18、及驱动质量块8；
[0069] 如图21、22所示，为活动梁及布线结构图，以驱动组合梁1为例，在驱动组合梁1上先布置一层底电极层26、底电极层pad23，并连接固牢，在底电极层上方设置绝缘层27、绝缘层电极28，并连接固牢，在绝缘层上方设置引线25、压电材料21、22、引线pad24，并连接固牢。
[0070] 如图23、24所示，为底电极结构图,底电极放置在组合梁上方，与梁一一对应，底电极pad23为外界信号输入电极，与组合梁吻合连接。
[0071] 如图25、26所示，为施例的绝缘层结构图，放置在底电极26上方，与梁一一对应，并与底电极吻合连接。
[0072] 如图27、28所示，为施例的上电极结构图，上电极25放置在绝缘层27上方，与绝缘层一一对应，并与绝缘层吻合连接，压电材料21、22放置在绝缘层上方，与绝缘层一一对应，并与绝缘层吻合连接，上电极pad24放置在绝缘层pad28上方，并连接牢固。
[0073] 如图29、30所示，为施例的压电材料结构图，压电材料21、22分别放置在绝缘层27左右侧，并连接牢固。
[0074] 发明原理：在逆压电效应作用下微陀螺的驱动质量块带动中心质量块沿X轴方向作线性
简谐振动，当检测到Z轴方向有角速率输入时，微陀螺因柯氏效应产生的柯氏
力驱动中心质量块带动检测质量块沿Y轴做面内运动，检测质量块的检测梁受力发生形变，使压电材料受到科氏力发生
变形，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷，通过检测电压变化可实现Z轴角速率的检测，从而数字化的
输出电压变化，并转换为对应方向的运动数据，十分适用于微惯性导航仪器的测量场景。
[0075] 在本
说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0076] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、
修改、替换和变型，本发明的范围由
权利要求及其等同物限定。
