專利名稱：具有正方形表面長方體壓電振子的全固態(tài)雙軸陀螺儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種微機電技術(shù)領(lǐng)域的微陀螺，具體地說，涉及的是一種具 有正方形表面長方體壓電振子的全固態(tài)雙軸陀螺儀。
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、體積小、能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境的 方向發(fā)展。
經(jīng)對現(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?zhí)枮?00510131905.3)提到可以通過壓電材料的棱柱狀振動體的結(jié)構(gòu)， 來檢測2軸方向上的角速度。截面為矩形的棱柱狀的壓電振動體一端固定，在其 第1側(cè)面上形成第1驅(qū)動電極，在第2側(cè)面上形成在寬度方向上分離的第2 第4驅(qū)動電極，帶相位差地向各驅(qū)動電極施加驅(qū)動電流，使壓電振動體振動，其 另一端做圓周運動。在與其振動的旋轉(zhuǎn)中心軸正交的方向上作用有扭矩時，從壓 電振動體的第1側(cè)面上形成的第1檢測電極和第2側(cè)面上形成的第2檢測電極 輸出由此產(chǎn)生的壓電振動體的撓度，從而檢測2軸方向上的角速度。
此技術(shù)存在如下不足首先，驅(qū)動電路要求多次移相，有些驅(qū)動電路還包括 振幅檢測電路、AGC電路、對控制要求高，且電路復(fù)雜，干擾大，噪聲多、難以 得到理想的的驅(qū)動信號。其次，通過向四個不同的電極上施加相位不同的四相驅(qū) 動信號來使壓電體自身產(chǎn)生圓周運動作為參考運動，規(guī)則的圓周運動難以得到準(zhǔn) 確的實現(xiàn)，增大了角速度檢測的誤差。要保證壓電體轉(zhuǎn)動得到高速圓周運動，功 耗大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對已有技術(shù)的不足，提供一種具有正方形表面長方體壓電 振子的全固態(tài)雙軸陀螺儀。本發(fā)明結(jié)構(gòu)上采用帶有正方形面的壓電振子，利用壓 電振子特有的模態(tài)下的特殊振動方式，實現(xiàn)陀螺雙軸敏感。用這種特殊模態(tài)下的振動作為工作狀態(tài)，工作時不需要精確的高速圓周轉(zhuǎn)動，功耗小、且易準(zhǔn)確實現(xiàn)。 直接利用壓電體的壓電效應(yīng)，檢測電壓信號即可。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、抗沖擊性強、 加工工藝易實現(xiàn)、不需要真空封裝、在惡劣環(huán)境下能很好地工作。另外，本發(fā)明 設(shè)置模態(tài)檢測電極，可以檢測工作狀態(tài)是否準(zhǔn)確，減小理論與實際器件的誤差， 驅(qū)動簡單便捷。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括壓電振子，驅(qū)動電極，輸出 電極，模態(tài)檢測電極。
壓電振子材料為壓電材料，結(jié)構(gòu)是端面為正方形的長方體。
壓電振子其中一端面為壓電振子上表面，另一與之平行的端面為壓電振子下 表面。壓電振子上表面正方形上側(cè)的邊為上表面第一邊、壓電振子上表面正方形 右側(cè)的邊為上表面第二邊、壓電振子上表面正方形下側(cè)的邊為上表面第三邊、壓 電振子上表面正方形左側(cè)的邊為上表面第四邊、壓電振子下表面正方形上側(cè)的邊 為下表面第一邊、壓電振子下表面正方形右側(cè)的邊為下表面第二邊、壓電振子下 表面正方形下側(cè)的邊為下表面第三邊、壓電振子下表面正方形左側(cè)的邊為下表面 第四邊。上表面第一邊與下表面第一邊平行且上表面第一邊與下表面第一邊位于 壓電振子同一表面上，上表面第一邊的中點與上表面第三邊的中點的連線為上表 面第一中心線、上表面第二邊的中點與上表面第四邊的中點的連線為上表面第二 中心線、下表面第一邊的中點與下表面第三邊的中點的連線為下表面第一中心 線、下表面第二邊的中點與下表面第四邊的中點的連線為下表面第二中心線。
所述驅(qū)動電極包括上表面左側(cè)驅(qū)動電極、上表面右側(cè)驅(qū)動電極、下表面左側(cè) 驅(qū)動電極、下表面右側(cè)驅(qū)動電極。
所述輸出電極包括上表面上側(cè)輸出電極、上表面右側(cè)輸出電極、上表面下側(cè) 輸出電極、上表面左側(cè)輸出電極、下表面上側(cè)輸出電極、下表面右側(cè)輸出電極、 下表面下側(cè)輸出電極、下表面左側(cè)輸出電極。
所述模態(tài)檢測電極包括上表面模態(tài)檢測電極、下表面模態(tài)檢測電極。
上述部件之間的連接以及位置關(guān)系為上表面左側(cè)驅(qū)動電極、上表面右側(cè)驅(qū) 動電極、上表面右側(cè)輸出電極、上表面左側(cè)輸出電極、上表面模態(tài)檢測電極位于 上表面第二中心線上，上表面模態(tài)檢測電極位于上表面的中心處，上表面左側(cè)驅(qū) 動電極、上表面右側(cè)驅(qū)動電極關(guān)于上表面第一中心線對稱分布，上表面右側(cè)輸出
電極、上表面左側(cè)輸出電極關(guān)于上表面第一中心線對稱分布；上表面上側(cè)輸出電 極、上表面下側(cè)輸出電極位于上表面第一中心線上，上表面上側(cè)輸出電極與上表 面下側(cè)輸出電極關(guān)于上表面第二中心線對稱分布；下表面左側(cè)驅(qū)動電極、下表面 右側(cè)驅(qū)動電極、下表面右側(cè)輸出電極、下表面左側(cè)輸出電極、下表面模態(tài)檢測電 極位于下表面第二中心線上，下表面模態(tài)檢測電極位于下表面的中心處，下表面 左側(cè)驅(qū)動電極、下表面右側(cè)驅(qū)動電極關(guān)于下表面第一中心線對稱分布、下表面右 側(cè)輸出電極與下表面左側(cè)輸出電極關(guān)于下表面第一中心線對稱分布；下表面上側(cè) 輸出電極、下表面下側(cè)輸出電極位于下表面第一中心線上，下表面上側(cè)輸出電極 與下表面下側(cè)輸出電極關(guān)于下表面第二中心線對稱分布。上表面左側(cè)驅(qū)動電極與 下表面左側(cè)驅(qū)動電極的連線、上表面右側(cè)驅(qū)動電極與下表面右側(cè)驅(qū)動電極的連 線、上表面上側(cè)輸出電極與下表面上側(cè)輸出電極的連線、上表面右側(cè)輸出電極與 下表面右側(cè)輸出電極的連線、上表面下側(cè)輸出電極與下表面下側(cè)輸出電極的連 線、上表面左側(cè)輸出電極與下表面左側(cè)輸出電極的連線、上表面模態(tài)檢測電極與 下表面模態(tài)檢測電極的連線均與壓電振子上表面、壓電振子下表面垂直。
壓電振子中一條與Z軸平行的邊為壓電振子第一邊，順時針方向下一條與Z 軸平行的邊為壓電振子第二邊，依次為壓電振子第三邊，壓電振子第四邊。經(jīng)有 限元分析，發(fā)現(xiàn)在工作模態(tài)振動下有四個點振動位移很小。因此本發(fā)明陀螺儀選 用這四個點作為節(jié)點(節(jié)點即固定點)，其位置分別為壓電振子第一邊中點與壓 電振子第二邊中點連線上距壓電振子第一邊中點距離為壓電振子上表面正方形 邊長的1/4點、壓電振子第一邊中點與壓電振子第二邊中點連線上距壓電振子第 二邊中點距離為壓電振子上表面正方形邊長的1/4點、壓電振子第三邊中點與壓 電振子第四邊中點連線上距壓電振子第三邊中點距離為壓電振子上表面正方形 邊長的1/4點、壓電振子第三邊中點與壓電振子第四邊中點連線上距壓電振子第 四邊中點距離為壓電振子上表面正方形邊長的1/4點。
本發(fā)明利用壓電振子在特殊模態(tài)下的壓電特性進(jìn)行角速度檢測。當(dāng)在驅(qū)動電 極之間加上一定頻率的交變電壓激勵時(處于一定的模態(tài))，會產(chǎn)生一種特殊的 振動，其中在壓電振子上表面上和壓電振子下表面上，關(guān)于壓電振子對稱的輸出 電極振動方向相反。當(dāng)外界受到與運動方向垂直的角速度時，所受到的柯氏力的 方向相反，在豎直方向上產(chǎn)生相向運動，使得壓電體產(chǎn)生拉伸或壓縮。在輸出電
極上有電勢產(chǎn)生，電勢的大小與外界角速度大小成正比。且在兩個不同的方向上 有角速度時在不同的電極上產(chǎn)生電勢。因此可以通過輸出電極上的電勢來檢測外 界雙軸角速度。經(jīng)有限元分析，本發(fā)明一個實施例的此階模態(tài)的共振頻率為 536744Hz，敏感兩個方向角速度的振動最大位移(布置輸出電極處)分別為 0. 220259E-07m、 0. 161183E-07m。
本發(fā)明采用塊狀壓電振子、結(jié)構(gòu)簡單、抗沖擊性強、在惡劣環(huán)境下能很好地 工作、加工工藝易實現(xiàn)、功耗微。本發(fā)明利用特殊模態(tài)下的特殊振動作為工作狀 態(tài)，高壓電系數(shù)的壓電體的正壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電壓信號作為檢測信號，能夠準(zhǔn)確 地檢測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l為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實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施例。
如圖1所示，本實施例包括壓電振子l、上表面左側(cè)驅(qū)動電極2、上表面右 側(cè)驅(qū)動電極3、上表面上側(cè)輸出電極4、上表面右側(cè)輸出電極5、上表面下側(cè)輸 出電極6、上表面左側(cè)輸出電極7、上表面模態(tài)檢測電極8，下表面左側(cè)驅(qū)動電 極9、下表面右側(cè)驅(qū)動電極10、下表面上側(cè)輸出電極11、下表面右側(cè)輸出電極 12、下表面下側(cè)輸出電極13、下表面左側(cè)輸出電極14、下表面模態(tài)檢測電極15。
壓電振子1材料為壓電材料，結(jié)構(gòu)為端面為正方形的長方體。壓電振子1其 中一端面為壓電振子上表面，另一與之平行的端面為壓電振子下表面。
所有電極上下均關(guān)于壓電振子對稱，在壓電振子1上表面上布置上表面左側(cè) 驅(qū)動電極2、上表面右側(cè)驅(qū)動電極3、上表面上側(cè)輸出電極4、上表面右側(cè)輸出 電極5、上表面下側(cè)輸出電極6、上表面左側(cè)輸出電極7、上表面模態(tài)檢測電極 8;在壓電振子的下表面上布置下表面左側(cè)驅(qū)動電極9、下表面右側(cè)驅(qū)動電極IO、 下表面上側(cè)輸出電極ll、下表面右側(cè)輸出電極12、下表面下側(cè)輸出電極13、下 表面左側(cè)輸出電極14、下表面模態(tài)檢測電極15。
壓電振子上表面正方形上側(cè)的邊為上表面第一邊16，壓電振子上表面正方
形右側(cè)的邊為上表面第二邊17，壓電振子上表面正方形下側(cè)的邊為上表面第三 邊18，壓'電振子上表面正方形左側(cè)的邊為上表面第四邊19，壓電振子下表面正 方形上側(cè)的邊為下表面第一邊20，壓電振子下表面正方形右側(cè)的邊為下表面第 二邊21，壓電振子下表面正方形下側(cè)的邊為下表面第三邊22，壓電振子下表面 正方形左側(cè)的邊為下表面第四邊23;上表面第一邊16的中點與上表面第三邊18 的中點的連線為上表面第一中心線，上表面第二邊17的中點與上表面第四邊19 的中點的連線為上表面第二中心線，下表面第一邊20的中點與下表面第三邊22 的中點的連線為下表面第一中心線，下表面第二邊21的中點與下表面第四邊23 的中點的連線為下表面第二中心線。
電極位置分布上表面左側(cè)驅(qū)動電極2、上表面右側(cè)驅(qū)動電極3、上表面右 側(cè)輸出電極5、上表面左側(cè)輸出電極7、上表面模態(tài)檢測電極8位于上表面第二 中心線上，上表面模態(tài)檢測電極8位于上表面的中心處，上表面左側(cè)驅(qū)動電極2 位于上表面左側(cè)輸出電極7和上表面模態(tài)檢測電極8之間，上表面右側(cè)驅(qū)動電極 3位于上表面右側(cè)輸出電極5和上表面模態(tài)檢測電極8之間，上表面左側(cè)驅(qū)動電 極2與上表面右側(cè)驅(qū)動電極3關(guān)于上表面第一中心線對稱分布，上表面右側(cè)輸出 電極5與上表面左側(cè)輸出電極7關(guān)于上表面第一中心線對稱分布；上表面上側(cè)輸 出電極4、上表面下側(cè)輸出電極6位于上表面第一中心線上，上表面上側(cè)輸出電 極4與上表面下側(cè)輸出電極6關(guān)于上表面第二中心線對稱分布；下表面左側(cè)驅(qū)動 電極9、下表面右側(cè)驅(qū)動電極IO、下表面右側(cè)輸出電極12、下表面左側(cè)輸出電 極14、下表面模態(tài)檢測電極15位于下表面第二中心線上，下表面模態(tài)檢測電極 15位于下表面的中心處，下表面左側(cè)驅(qū)動電極9位于下表面模態(tài)檢測電極15和 下表面左側(cè)輸出電極14之間，下表面右側(cè)驅(qū)動電極10位于下表面模態(tài)檢測電極 15和下表面右側(cè)輸出電極12之間，下表面左側(cè)驅(qū)動電極9與下表面右側(cè)驅(qū)動電 極10關(guān)于下表面第一中心線對稱分布，下表面右側(cè)輸出電極12與下表面左側(cè)輸 出電極14關(guān)于下表面第一中心線對稱分布；下表面上側(cè)輸出電極ll、下表面下 側(cè)輸出電極13位于下表面第一中心線上，下表面上側(cè)輸出電極11與下表面下側(cè) 輸出電極13關(guān)于下表面第二中心線對稱分布。
上表面左側(cè)驅(qū)動電極2與下表面左側(cè)驅(qū)動電極9的連線、上表面右側(cè)驅(qū)動電 極3與下表面右側(cè)驅(qū)動電極10的連線、上表面上側(cè)輸出電極4與下表面上側(cè)輸 出電極ll的連線、上表面右側(cè)輸出電極5與下表面右側(cè)輸出電極12的連線、上 表面下側(cè)輸出電極6與下表面下側(cè)輸出電極13的連線、上表面左側(cè)輸出電極7 與下表面左側(cè)輸出電極14的連線、上表面模態(tài)檢測電極8與下表面模態(tài)檢測電 極15的連線均與壓電振子上表面、壓電振子下表面垂直。
壓電振子中一條與Z軸平行的邊為壓電振子第一邊，順時針方向下一條與Z 軸平行的邊為壓電振子第二邊，依次為壓電振子第三邊，壓電振子第四邊。
經(jīng)有限元分析，發(fā)現(xiàn)在工作模態(tài)振動下有四個點振動位移很小。因此陀螺儀 選用這四個點作為節(jié)點(節(jié)點即固定點)，其位置分別為壓電振子第一邊中點與 壓電振子第二邊中點連線上距壓電振子第一邊中點距離為壓電振子上表面正方 形邊長的1/4點、壓電振子第一邊中點與壓電振子第二邊中點連線上距壓電振子 第二邊中點距離為壓電振子上表面正方形邊長的1/4點、壓電振子第三邊中點與 壓電振子第四邊中點連線上距壓電振子第三邊中點距離為壓電振子上表面正方 形邊長的1/4點、壓電振子第三邊中點與壓電振子第四邊中點連線上距壓電振子 第四邊中點距離為壓電振子上表面正方形邊長的1/4點。
本實施例的加工工藝簡單，首先采用粉末燒結(jié)法制備塊狀壓電體；將配比 好的試料置于坩堝中并將其壓實，置于高溫箱式電爐中，在所需的溫度下加熱一 段時間便可得到塊狀壓電體。對塊狀壓電體進(jìn)行切割、研磨便得到壓電振子。然 后以壓電振子作為基體，采用MEMS (微機電系統(tǒng))工藝?yán)霉饪棠z作為掩膜， 對光刻膠圖形化之后進(jìn)行電鍍得到電極(其中雙面電極采用雙面對準(zhǔn)原理)。
本實施例利用壓電振子在特殊模態(tài)下的的振動作為振動陀螺的參考振動，將 壓電振子本身的壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電壓信號作為角速度的檢測信號。x軸為上表面 左側(cè)輸出電極7和上表面右側(cè)輸出電極5中心連線，Y軸上表面上側(cè)輸出電極4 和上表面下側(cè)輸出電極6中心連線，X軸、Y軸、Z軸符合右手定則。當(dāng)在上表 面左側(cè)驅(qū)動電極2與上表面右側(cè)驅(qū)動電極3之間及下表面左側(cè)驅(qū)動電極9與下表 面右側(cè)驅(qū)動電極IO之間加上一定頻率的交變電壓激勵時(處于一定的模態(tài))，壓 電振子會產(chǎn)生特殊模態(tài)振動，其中壓電振子在上表面上側(cè)輸出電極4所在位置的 振動方向為Y軸負(fù)方向，而在下表面上側(cè)輸出電極11所在的位置振動方向為Y 軸正方向。由于兩個位置的振動方向相反，當(dāng)外加受到水平X方向(即圖中左右 方向)的角速度時，所受到的柯氏力的方向相反。在Z軸方向上產(chǎn)生相向運動， 使得壓電振子在上表面上側(cè)輸出電極4與下表面上側(cè)輸出電極11所在位置之間 的Z軸方向產(chǎn)生拉伸或壓縮。上下表面關(guān)于壓電振子對稱，最終使得上側(cè)輸出電 極4與下表面上側(cè)輸出電極11均有一定的電勢，且互為相反。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的大小與柯氏力成正比，可 知角速度引起的電勢的大小與外界角速度的大小成正比。因此可以通過上表面上 側(cè)輸出電極4與下表面上側(cè)輸出電極11的電勢來檢測X方向的角速度，進(jìn)而上 表面下側(cè)輸出電極6與下表面下側(cè)輸出電極13的電勢也與外界角速度的大小成 正比。由于具有壓電效應(yīng)，在沒有外界角速度時輸出電極也會有電勢。上表面上 側(cè)輸出電極4與上表面下側(cè)輸出電極6由于振動所受應(yīng)力相同，具有相同的電勢； 但運動方向相反，外界角速度引起的電勢相反，因此可將上表面上側(cè)輸出電極4 與上表面下側(cè)輸出電極6的電勢相減作為輸出信號即可消除振動引起的電勢。為 了使輸出信號更大，陀螺的精度更高，最終將上表面上側(cè)輸出電極4的電勢與下 表面下側(cè)輸出電極13的電勢相加，再減去上表面下側(cè)輸出電極6的電勢和下表 面上側(cè)輸出電極11的電勢作為X方向上的角速度的檢測信號。上表面左側(cè)輸出 電極7與上表面上側(cè)輸出電極4的運動方向垂直，同理將上表面左側(cè)輸出電極7 的電勢與下表面右側(cè)輸出電極12的電勢相加，再減去上表面右側(cè)輸出電極5的 電勢和下表面左側(cè)輸出電極14的電勢作為Y方向角速度的檢測信號。通過分析 研究發(fā)現(xiàn)在此模態(tài)下振動時上表面模態(tài)檢測電極8與下表面模態(tài)檢測電極15的 電勢有一個極值，因此利用這一特點來鑒定振動是否處于此模態(tài)下，減小理論與 實際器件的誤差，以保證檢測角速度的準(zhǔn)確性。根據(jù)理論分析得到所需模態(tài)的共 振頻率，在其附近進(jìn)行掃頻。通過觀察上表面模態(tài)檢測電極8與下表面模態(tài)檢測 電極的信號確定壓電振子的振動是否處于工作模態(tài)。將輸出電極的輸出信號放大 作為最終得到X、 Y方向角速度大小的檢測信號。
權(quán)利要求
1、一種具有正方形表面長方體壓電振子的全固態(tài)雙軸陀螺儀，包括壓電振子、上表面左側(cè)驅(qū)動電極、上表面右側(cè)驅(qū)動電極、上表面上側(cè)輸出電極、上表面右側(cè)輸出電極、上表面下側(cè)輸出電極、上表面左側(cè)輸出電極、上表面模態(tài)檢測電極；下表面左側(cè)驅(qū)動電極、下表面右側(cè)驅(qū)動電極、下表面上側(cè)輸出電極、下表面右側(cè)輸出電極、下表面下側(cè)輸出電極、下表面左側(cè)輸出電極、下表面模態(tài)檢測電極，其特征在于所述壓電振子結(jié)構(gòu)是端面為正方形的長方體，壓電振子中一端面為壓電振子上表面，另一與之平行的端面為壓電振子下表面，壓電振子上表面與壓電振子下表面上的電極均關(guān)于壓電振子對稱；壓電振子上表面正方形上側(cè)的邊為上表面第一邊，壓電振子上表面正方形右側(cè)的邊為上表面第二邊，壓電振子上表面正方形下側(cè)的邊為上表面第三邊，壓電振子上表面正方形左側(cè)的邊為上表面第四邊，壓電振子下表面正方形上側(cè)的邊為下表面第一邊，壓電振子下表面上表面右側(cè)的邊為下表面第二邊，壓電振子下表面正方形下側(cè)的邊為下表面第三邊，壓電振子下表面正方形左側(cè)的邊為下表面第四邊，上表面第一邊與下表面第一邊平行且上表面第一邊與下表面第一邊位于壓電振子同一表面上，上表面第一邊的中點與上表面第三邊的中點的連線為上表面第一中心線，上表面第二邊的中點與上表面第四邊的中點的連線為上表面第二中心線，下表面第一邊的中點與下表面第三邊的中點的連線為下表面第一中心線，下表面第二邊的中點與下表面第四邊的中點的連線為下表面第二中心線；所述上表面左側(cè)驅(qū)動電極、上表面右側(cè)驅(qū)動電極、上表面右側(cè)輸出電極、上表面左側(cè)輸出電極、上表面模態(tài)檢測電極位于上表面第二中心線上，上表面模態(tài)檢測電極位于上表面的中心處，上表面左側(cè)驅(qū)動電極與上表面右側(cè)驅(qū)動電極關(guān)于上表面第一中心線對稱分布，上表面右側(cè)輸出電極與上表面左側(cè)輸出電極關(guān)于上表面第一中心線對稱分布，上表面上側(cè)輸出電極、上表面下側(cè)輸出電極位于上表面第一中心線上，上表面上側(cè)輸出電極與上表面下側(cè)輸出電極關(guān)于上表面第二中心線對稱分布；所述下表面左側(cè)驅(qū)動電極、下表面右側(cè)驅(qū)動電極、下表面右側(cè)輸出電極、下表面左側(cè)輸出電極、下表面模態(tài)檢測電極位于下表面第二中心線上，下表面模態(tài)檢測電極位于下表面的中心處，下表面左側(cè)驅(qū)動電極與下表面右側(cè)驅(qū)動電極關(guān)于下表面第一中心線對稱分布，下表面右側(cè)輸出電極與下表面左側(cè)輸出電極關(guān)于下表面第一中心線對稱分布，下表面上側(cè)輸出電極、下表面下側(cè)輸出電極位于上表面第一中心線上，下表面上側(cè)輸出電極與下表面下側(cè)輸出電極關(guān)于下表面第二中心線對稱分布；所述上表面左側(cè)驅(qū)動電極與下表面左側(cè)驅(qū)動電極的連線、上表面右側(cè)驅(qū)動電極與下表面右側(cè)驅(qū)動電極的連線、上表面上側(cè)輸出電極與下表面上側(cè)輸出電極的連線、上表面右側(cè)輸出電極與下表面右側(cè)輸出電極的連線、上表面下側(cè)輸出電極與下表面下側(cè)輸出電極的連線、上表面左側(cè)輸出電極與下表面左側(cè)輸出電極的連線、上表面模態(tài)檢測電極與下表面模態(tài)檢測電極的連線均與壓電振子上表面、壓電振子下表面垂直。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有正方形表面長方體壓電振子的全固態(tài)雙軸陀 螺儀，其特征是，所述陀螺儀有四個節(jié)點，其位置分別為壓電振子第一邊中點與 壓電振子第二邊中點連線上距壓電振子第一邊中點距離為壓電振子上表面正方 形邊長的1/4點、壓電振子第一邊中點與壓電振子第二邊中點連線上距壓電振子 第二邊中點距離為壓電振子上表面正方形邊長的1/4點、壓電振子第三邊中點與 壓電振子第四邊中點連線上距壓電振子第三邊中點距離為壓電振子上表面正方 形邊長的1/4點、壓電振子第三邊中點與壓電振子第四邊中點連線上距壓電振子 第四邊中點距離為壓電振子上表面正方形邊長的1/4點，其中壓電振子中一條與 Z軸平行的邊為壓電振子第一邊，順時針方向下一條與Z軸平行的邊為壓電振子 第二邊，依次為壓電振子第三邊，壓電振子第四邊。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有正方形表面長方體壓電振子的全固態(tài)雙 軸陀螺儀，其特征是，所述壓電振子，其材料為壓電材料。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有正方形表面長方體壓電振子的全固態(tài)雙軸陀 螺儀，其特征是，所述上表面左側(cè)驅(qū)動電極位于上表面左側(cè)輸出電極和上表面模 態(tài)檢測電極之間，上表面右側(cè)驅(qū)動電極位于上表面右側(cè)輸出電極和上表面模態(tài)檢 測電極之間。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有正方形表面長方體壓電振子的全固態(tài)雙軸陀 螺儀，其特征是，所述下表面左側(cè)驅(qū)動電極位于下表面模態(tài)檢測電極和下表面左 側(cè)輸出電極之間，下表面右側(cè)驅(qū)動電極位于下表面模態(tài)檢測電極和下表面右側(cè)輸 出電極之間。
全文摘要
一種具有正方形表面長方體壓電振子的全固態(tài)雙軸陀螺儀。本發(fā)明由端面為正方形的長方體的壓電振子和驅(qū)動電極，輸出電極，模態(tài)檢測電極組成。所有電極在壓電振子的上下兩個正方形表面上，關(guān)于壓電振子對稱分布。利用壓電體在一定頻率的特殊模態(tài)下的振動作為參考振動，此模態(tài)壓電振子在兩個方向上均有特殊位置在上下表面的運動方向相反。當(dāng)外界有角速度時會在壓電振子運動方向相反位置產(chǎn)生方向相反的柯氏力，使壓電振子拉伸或壓縮，最終在輸出電極上產(chǎn)生電勢。通過輸出電極上的電勢檢測外界雙軸的角速度。本發(fā)明采用MEMS微加工技術(shù)、結(jié)構(gòu)簡單、不需要真空封裝、抗沖擊性強、能在惡劣環(huán)境很好地工作、雙軸檢敏感、不需要高速轉(zhuǎn)動節(jié)省功耗。
文檔編號G01C19/567GK101339025SQ20081004167
公開日2009年1月7日 申請日期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, 吳校生, 峰 崔, 張衛(wèi)平, 陳文元 申請人:上海交通大學(xué)