專利名稱：具有正方形通孔壓電振子的全固態(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 有正方形通孔壓電振子的全固態(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通孔壓電振子的 全固態(tài)雙軸陀螺儀。它利用壓電振子特有的模態(tài)下的特殊振動作為振動陀螺的參 考振動，實現(xiàn)陀螺雙軸敏感。工作時不需要精確的高速圓周轉(zhuǎn)動，功耗微、且易
準(zhǔn)確實現(xiàn)。直接利用壓電振子的壓電效應(yīng)得到電壓信號，作為外界角速度的檢測 信號。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、不需真空封裝、抗沖擊性強、能在惡劣環(huán)境下很好地工 作、且加工工藝易實現(xiàn)。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。
振子材料為壓電材料，結(jié)構(gòu)為具有正方形通孔的"回"型柱狀體，"回"型 內(nèi)外邊界為兩個正方形。壓電振子其中一"回"型表面為壓電振子上表面，另一 個"回"型表面為壓電振子下表面。壓電振子上表面和壓電振子下表面平行，且 壓電振子上表面和壓電振子下表面最外邊的四個點的相連恰好構(gòu)成一個長方體。
壓電振子上表面外框形成的正方形("回"型表面的外邊界形成的正方形) 上側(cè)的邊為上表面第一邊、壓電振子上表面外框形成的正方形右側(cè)的邊為上表面 第二邊、壓電振子上表面外框形成的正方形下側(cè)的邊為上表面第三邊、壓電振子 上表面外框形成的正方形左側(cè)的邊為上表面第四邊、壓電振子下表面外框形成的 正方形上側(cè)的邊為下表面第一邊、壓電振子下表面外框形成的正方形右側(cè)的條邊 為下表面第二邊、壓電振子下表面外框形成的正方形下側(cè)的邊為下表面第三邊、 壓電振子下表面外框形成的正方形左側(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，包括上表面左下側(cè)驅(qū)動電極、上表面右上側(cè)驅(qū)動電極，下表 面左下側(cè)驅(qū)動電極、下表面右上側(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。
其中上表面上側(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，且 靠近壓電振子上表面的外邊緣；上表面右側(cè)輸出電極、上表面左側(cè)輸出電極位于 上表面第二中心線上，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，且靠近壓電振子上表面的外邊緣；上表面左下側(cè)驅(qū)動電極與 上表面右上側(cè)驅(qū)動電極位于壓電振子上表面外框形成正方形的一條斜對角線上； 上表面模態(tài)檢測電極位于壓電振子上表面外框形成正方形的另外一條斜對角線 端點處。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，且 靠近壓電振子下表面的外邊緣；下表面右側(cè)輸出電極、下表面左側(cè)輸出電極位于 下表面第二中心線上，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，且靠近壓電振子下表面的外邊緣；下表面左下側(cè)驅(qū)動電極與 下表面右上側(cè)驅(qū)動電極位于位于壓電振子下表面外框形成正方形的一條斜對角 線上；下表面模態(tài)檢測電極位于壓電振子下表面外框形成正方形的的另外一條斜 對角線的端點處。上表面左上側(cè)驅(qū)動電極與下表面左下側(cè)驅(qū)動電極的連線、上表 面右上側(cè)驅(qū)動電極與下表面右上側(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 電振子的上表面、壓電振子下表面垂直。
壓電振子一條與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)在工作振動模態(tài)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)下的壓電特性進行角速度檢測。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，其中壓電振子在上表面上側(cè)輸出電極所在位置的振動方向與下表面上側(cè)輸出
電極所在的位置振動方向相反。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，使得壓電振子產(chǎn)生拉伸或壓 縮。最終使得上表面上側(cè)輸出電極與下表面上側(cè)輸出電極均有一定的電勢，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)輸出電極與下表面 上側(cè)輸出電極的電勢來檢測角速度，進而上表面下側(cè)輸出電極與下表面下側(cè)輸出 電極的電勢也是此方向外界角速度的檢測信號。壓電振子上表面左側(cè)輸出電極與 上表面上側(cè)輸出電極所在位置的運動方向垂直，同理將上表面左側(cè)輸出電極的電 勢與下表面右側(cè)輸出電極的電勢，以及上表面右側(cè)輸出電極電勢和下表面左側(cè)輸 出電極的電勢作為另一個方向角速度的檢測信號。經(jīng)有限元分析，此模態(tài)的共振 頻率442413Hz，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0.225761E-07 m、 0.194765E-07 m。
本發(fā)明由于采用塊狀壓電振子、結(jié)構(gòu)簡單、不需真空封裝、抗沖擊性強、能 在惡劣環(huán)境下很好的工作、且加工工藝易實現(xiàn)。本發(fā)明利用特殊模態(tài)下的特殊振 動作為參考振動，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1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)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護 范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，本實施例由壓電振子l，上表面左下側(cè)驅(qū)動電極2、上表面右 上側(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;下表面左下側(cè)驅(qū) 動電極9、下表面右上側(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組成。
壓電振子1材料為壓電材料，結(jié)構(gòu)為具有正方形通孔的"回"型柱狀體。"回" 型內(nèi)外邊界為兩個正方形。壓電振子其中一"回"型表面為壓電振子上表面、另 外一個"回"型表面為壓電振子下表面。壓電振子上表面和壓電振子下表面平行， 且壓電振子上表面和壓電振子下表面最外邊的四個點的相連恰好構(gòu)成一個長方 體。
所有電極上下均關(guān)于壓電振子對稱，在壓電材料上表面上布置上表面左下側(cè) 驅(qū)動電極2、上表面右上側(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下側(cè)驅(qū)動電極9、下表面右上側(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.壓電振子上表面外 框形成正方形("回"型表面的外邊界形成的正方形)上側(cè)的邊上表面為第一邊 16，壓電振子上表面外框形成正方形右側(cè)的邊為上表面第二邊17，壓電振子上 表面外框形成正方形下側(cè)的邊為上表面第三邊18，壓電振子上表面外框形成正 方形左側(cè)的邊為上表面第四邊19，壓電振子下表面外框形成正方形上側(cè)的邊為 下表面第一邊20，壓電振子下表面外框形成正方形右側(cè)第一條邊為下表面第二 邊21，壓電振子下表面外框形成正方形下側(cè)的邊為下表面第三邊22，壓電振子 下表面外框形成正方形左側(cè)的邊為下表面第四邊23，上表面第一邊16與下表面 第一邊20平行且上表面第一邊16與下表面第一邊20位于壓電振子1同一表面 上。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，且靠近壓電振子l上表面的外邊緣；上表面右側(cè)輸出電極5、
上表面左側(cè)輸出電極7位于上表面第二中心線上，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，且靠近壓電振子上表面的外 邊緣；上表面左下側(cè)驅(qū)動電極2與上表面右上側(cè)驅(qū)動電極3位于壓電振子上表面 外框形成正方形的一條斜對角線上；上表面模態(tài)檢測電極8位于壓電振子上表面 外框形成正方形的另外一條斜對角線的端點處。下表面上側(cè)輸出電極11、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，且靠近壓電振子下表面的外 邊緣；下表面右側(cè)輸出電極12、下表面左側(cè)輸出電極14位于下表面第二中心線 上，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，且靠近壓電振子下表面的外邊緣；下表面左下側(cè)驅(qū)動電極9與下表面右 上側(cè)驅(qū)動電極IO位于壓電振子下表面外框形成正方形的一條斜對角線上；下表 面模態(tài)檢測電極位15于壓電振子下表面外框形成正方形的另外一條斜對角線的 端點處。上表面左下側(cè)驅(qū)動電極2與下表面左下側(cè)驅(qū)動電極9的連線、上表面右 上側(cè)驅(qū)動電極3與下表面右上側(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11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)在工作振動模態(tài)下有四個點振動位移很小。因此本實施例陀螺儀 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，在高溫箱式電爐中，在所需的溫度下加熱一段時 間便可得到塊狀壓電體。對塊狀壓電材料進行切割，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))工藝利用光刻膠作為掩膜，對 光刻膠圖形化之后進行電鍍銀得到電極(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 面左下側(cè)驅(qū)動電極2與上表面右上側(cè)驅(qū)動電極3之間及下表面左下側(cè)驅(qū)動電極9 與下表面右上側(cè)驅(qū)動電極10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，其中當(dāng)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。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也是X方向角速度的檢 測信號。由于壓電效應(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。經(jīng)過分析 驗證這兩個方向的角速度檢測耦合很小。
通過單片機向信號產(chǎn)生芯片輸入控制字，控制字可控制信號產(chǎn)生芯片產(chǎn)生信 號的頻率和相位。將產(chǎn)生的電壓信號分別進行正相和反相放大，作為陀螺儀的驅(qū) 動源。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15的信號確定壓電振子的參考振動。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、一種具有正方形通孔壓電振子的全固態(tài)雙軸陀螺儀，包括壓電振子、上表面左下側(cè)驅(qū)動電極、上表面右上側(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、下表面左下側(cè)驅(qū)動電極、下表面右上側(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)為具有正方形通孔的“回”型柱狀體，“回”型內(nèi)外邊界為兩個正方形，壓電振子其中一“回”型表面為壓電振子上表面，另一個”回”型表面為壓電振子下表面，壓電振子上表面和壓電振子下表面平行，且壓電振子上表面和壓電振子下表面最外邊的四個點的相連構(gòu)成一個長方體；壓電振子上表面“回”型外框形成的正方形上側(cè)的邊為上表面第一邊，壓電振子上表面“回”型外框形成的正方形右側(cè)的邊為上表面第二邊，壓電振子上表面“回”型外框形成的正方形的下側(cè)的邊為上表面第三邊，壓電振子上表面“回”型外框形成的正方形左側(cè)的邊為上表面第四邊，壓電振子下表面“回”型外框形成的正方形上側(cè)的邊為下表面第一邊，壓電振子下表面“回”型外框形成的正方形右側(cè)第一條邊為下表面第二邊，壓電振子下表面“回”型外框形成的正方形下側(cè)的邊為下表面第三邊，壓電振子下表面“回”型外框形成的正方形左側(cè)的邊為下表面第四邊；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，上表面右側(cè)輸出電極、上表面左側(cè)輸出電極位于上表面第二中心線上，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，上表面左下側(cè)驅(qū)動電極與上表面右上側(cè)驅(qū)動電極位于壓電振子上表面外框形成正方形的一條斜對角線上，上表面模態(tài)檢測電極位于壓電振子上表面外框形成正方形的另外一條斜對角線的端點處，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，下表面右側(cè)輸出電極、下表面左側(cè)輸出電極位于下表面第二中心線上，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，下表面左下側(cè)驅(qū)動電極與下表面右上側(cè)驅(qū)動電極位于壓電振子下表面外框形成正方形的一條斜對角線上，下表面模態(tài)檢測電極位于壓電振子下表面外框形成正方形的另外一條斜對角線的端點處；所述上表面左下側(cè)驅(qū)動電極與下表面左下側(cè)驅(qū)動電極的連線、上表面右上側(cè)驅(qū)動電極與下表面右上側(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所述的具有正方形通孔壓電振子的全固態(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外框正方形 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 二邊中點為壓電振子上表面外框正方形邊長的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為壓電振子上表面外框正方形 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 四邊中點為壓電振子上表面外框正方形邊長的1/4點，其中壓電振子一條與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所述的具有正方形通孔壓電振子的全固態(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所述的具有正方形通孔壓電振子的全固態(tài)雙軸陀螺儀， 其特征是，所述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。
全文摘要
一種微機電技術(shù)領(lǐng)域的具有正方形通孔壓電振子的全固態(tài)雙軸陀螺儀，包括壓電振子和驅(qū)動電極，輸出電極，模態(tài)檢測電極。振子結(jié)構(gòu)為具有正方形通孔的“回”型柱狀體?！盎亍毙蛢?nèi)外邊界為兩個正方形。所有電極在壓電振子的上下兩個表面關(guān)于壓電振子對稱擺布。利用壓電體在一定頻率下的特殊模態(tài)下的振動作為工作狀態(tài)，在兩個方向上，均有壓電振子的上下表面的特殊位置在運動方向相反。當(dāng)外界有角速度時，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，產(chǎn)生電勢。通過檢測輸出電極上的電勢檢測外界雙軸的角速度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，抗沖擊性強，不需要真空封裝，具有方便固定的節(jié)點，雙軸檢敏感，加工工藝簡單，不需要高速轉(zhuǎn)動節(jié)省功耗。
文檔編號G01C19/567GK101339026SQ20081004167
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)