專利名稱：具有長方體振子的全固態(tài)雙軸磁致伸縮壓電陀螺儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種微機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域的微陀螺，具體地說，涉及的是一種具 有長方體振子的全固態(tài)雙軸磁致伸縮壓電陀螺儀。
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(yùn)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(yùn)動作為參考運(yùn)動，規(guī)則的圓周運(yùn)動難以得到準(zhǔn) 確的實(shí)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(yùn)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，提供一種具有長方體振子的全固態(tài)雙 軸磁致伸縮壓電陀螺儀。本發(fā)明結(jié)構(gòu)上采用帶有正方形面的長方體磁致伸縮振 子，在振子兩個正方形表面分別制備一層壓電薄膜。利用磁致伸縮振子特有的模態(tài)下的特殊振動作為振動陀螺的參考振動，壓電薄膜的壓電效應(yīng)進(jìn)行檢測，實(shí)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，功耗低，且易準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、不需真空封裝、抗沖擊 性強(qiáng)、在惡劣環(huán)境下能很好地工作、且加工工藝易實(shí)現(xiàn)。磁致伸縮驅(qū)動，壓電檢 測，干擾信號小，驅(qū)動簡單便捷。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括磁致伸縮振子，壓電薄膜， 驅(qū)動線圈，輸出電極。
振子材料為磁致伸縮材料，結(jié)構(gòu)是端面為正方形的長方體。磁致伸縮振子具 有兩個正方形表面，這兩個正方形表面相互平行，其中一個正方形表面為磁致伸 縮振子的上表面，簡稱上表面；則另一個正方形表面為磁致伸縮振子的下表面， 簡稱下表面。上表面壓電薄膜、下表面壓電薄膜分別位于磁致伸縮振子上表面、 下表面上，且具有與磁致伸縮振子上表面、下表面相同的正方形表面。
所述壓電薄膜，包括上表面壓電薄膜、下表面壓電薄膜。
所述驅(qū)動線圈，包括上側(cè)驅(qū)動線圈、下側(cè)驅(qū)動線圈。
所述輸出電極，包括上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極、上表面壓電薄膜右側(cè)輸 出電極、上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極、上表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極、下表面 壓電薄膜上側(cè)輸出電極、下表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極、下表面壓電薄膜下側(cè)輸 出電極、下表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極。
上表面壓電薄膜自由的正方形表面(即沒有與磁致伸縮振子接觸的表面)為 上表面壓電薄膜上表面，則上表面壓電薄膜與磁致伸縮振子接觸的正方形表面為 上表面壓電薄膜下表面；下表面壓電薄膜自由的正方形表面為下表面壓電薄膜下 表面，下表面壓電薄膜與磁致伸縮振子接觸的正方形表面為下表面壓電薄膜上表 面；上表面壓電薄膜的上表面上側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第一邊、上表面壓電薄 膜上表面右側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第二邊、上表面壓電薄膜上表面下側(cè)的邊為 上表面壓電薄膜第三邊、上表面壓電薄膜上表面左側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第四 邊、下表面壓電薄膜下表面上側(cè)的邊為下表面壓電薄膜第一邊、下表面壓電薄膜 下表面右側(cè)的邊為下表面壓電薄膜第二邊、下表面壓電薄膜下表面下側(cè)的邊為下 表面壓電薄膜第三邊、下表面壓電薄膜下表面左側(cè)的邊為下表面壓電薄膜第四 邊。上表面壓電薄膜第一邊與下表面壓電薄膜第一邊平行，上表面壓電薄膜第一
邊與下表面壓電薄膜第一邊位于磁致伸縮振子、上表面壓電薄膜和下表面壓電薄 膜構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的同一表面上。上表面壓電薄膜第一邊的中點(diǎn)與上表面壓電薄膜第 三邊的中點(diǎn)的連線為上表面壓電薄膜第一中心線、上表面壓電薄膜第二邊的中點(diǎn) 與上表面壓電薄膜第四邊的中點(diǎn)的連線為上表面壓電薄膜第二中心線、下表面壓 電薄膜第一邊的中點(diǎn)與下表面壓電薄膜第三邊的中點(diǎn)的連線為下表面壓電薄膜
第一中心線、下表面壓電薄膜第二邊的中點(diǎn)與下表面壓電薄膜第四邊的中點(diǎn)的連 線為下表面壓電薄膜第二中心線。
所述上表面壓電薄膜位于磁致伸縮振子上表面上，下表面壓電薄膜位于磁致 伸縮振子下表面上。上側(cè)驅(qū)動線圈、下側(cè)驅(qū)動線圈、上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電 極、上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極位于上表面壓電薄膜第一中心線上，上側(cè)驅(qū)動 線圈與下側(cè)驅(qū)動線圈關(guān)于上表面壓電薄膜第二中心線對稱分布；上表面壓電薄膜 上側(cè)輸出電極與上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極關(guān)于上表面壓電薄膜第二中心線 對稱分布；上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極、上表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極關(guān)于上 表面壓電薄膜第一中心線對稱分布、位于上表面壓電薄膜第二中心線上。下表面 壓電薄膜上側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極關(guān)于下表面壓電薄膜第 二中心線對稱分布、位于下表面壓電薄膜第一中心線上；下表面壓電薄膜右側(cè)輸 出電極與下表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極關(guān)于下表面壓電薄膜第一中心線對稱分 布、位于下表面壓電薄膜第二中心線上。上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極與下表面 壓電薄膜上側(cè)輸出電極的連線、上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜 右側(cè)輸出電極的連線、上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜下側(cè)輸出 電極的連線、上表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極的連 線均與上表面壓電薄膜垂直、下表面壓電薄膜垂直。
磁致伸縮振子中一條與Z軸平行的邊為磁致伸縮振子第一邊，順時針方向下 一條與Z軸平行的邊為磁致伸縮振子第二邊，依次為磁致伸縮振子第三邊，磁致 伸縮振子第四邊。經(jīng)有限元分析，發(fā)現(xiàn)在工作振動模態(tài)下有四個點(diǎn)振動位移很小。 因此本發(fā)明陀螺儀選用這四個點(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)即固定點(diǎn))，其位置分別為壓電 振子第一邊中點(diǎn)與壓電振子第二邊中點(diǎn)連線上距壓電振子第一邊中點(diǎn)距離為壓 電振子上表面正方形邊長的1/4點(diǎn)、壓電振子第一邊中點(diǎn)與壓電振子第二邊中點(diǎn) 連線上距壓電振子第二邊中點(diǎn)距離為壓電振子上表面正方形邊長的1/4點(diǎn)、壓電
振子第三邊中點(diǎn)與壓電振子第四邊中點(diǎn)連線上距壓電振子第三邊中點(diǎn)距離為壓 電振子上表面正方形邊長的1/4點(diǎn)、壓電振子第三邊中點(diǎn)與壓電振子第四邊中點(diǎn) 連線上距壓電振子第四邊中點(diǎn)距離為壓電振子上表面正方形邊長的1/4點(diǎn)。
本發(fā)明利用磁致伸縮體的在特殊模態(tài)下的振動作為參考振動，利用壓電效應(yīng) 得到輸出信號進(jìn)行檢測外界的角速度。驅(qū)動線圈通入一定頻率的交變電流激勵 (處于一定的模態(tài))，磁致伸縮振子在上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極所在位置的 振動方向?yàn)閅軸負(fù)方向，而在下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極所在的位置振動方向 為Y軸正方向。當(dāng)外加受到水平X方向的角速度時，所受到的柯氏力的方向相反， 使得磁致伸縮振子Z軸方向產(chǎn)生拉伸或壓縮。最終使得上表面壓電薄膜與下表面 壓電薄膜產(chǎn)生彎曲，將磁致伸縮振子接地，上側(cè)輸出電與下表面壓電薄膜上側(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 上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極的電勢來檢測x 方向的角速度，進(jìn)而上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電 極的電勢也是此方向外界角速度的檢測信號。上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極與上 表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極的運(yùn)動方向垂直，同理將上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電 極的電勢與下表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極的電勢，以及上表面壓電薄膜左側(cè)輸出 電極的電勢和下表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極的電勢作為Y方向角速度的檢測信 號。
本發(fā)明由于采用塊狀磁致伸縮振子振子、結(jié)構(gòu)簡單、不需真空封裝、抗沖擊 性強(qiáng)、在惡劣環(huán)境下能很好地工作、且加工工藝易實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明利用特殊模態(tài)下 的特殊振動作為振動陀螺的參考振動，高壓電系數(shù)的壓電薄膜由于壓電效應(yīng)產(chǎn)生 的電壓信號作為檢測信號，準(zhǔn)確地檢測外界雙軸方向的角速度。采用磁致伸縮效 應(yīng)驅(qū)動，壓電效應(yīng)檢測干擾信號小，精度高。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(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為甜提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)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(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施^J由磁致伸縮振子1，上表面壓電薄膜2、下表面壓電 薄膜3、上側(cè)驅(qū)動線圈4、下側(cè)驅(qū)動線圈5、上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極6、上 表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極7、上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極8、上表面壓電薄 膜左側(cè)輸出電極9、下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極10、下表面壓電薄膜右側(cè)輸出 電極ll、下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極12、下表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極13。 磁致伸縮振子1的材料為磁致伸縮材料，結(jié)構(gòu)是具有兩個正方形表面的長方體， 兩個正方形表面相互平行，其中一個正方形表面為磁致伸縮振子的上表面，另一 個正方形表面為磁致伸縮振子的下表面；上表面壓電薄膜2、下表面壓電薄膜3 分別位于磁致伸縮振子1上表面、下表面上，且具有與磁致伸縮振子上表面、下 表面相同的正方形表面。
所有電極在磁致伸縮振子1的上下兩個正方形表面關(guān)于磁致伸縮振子1對稱 分布。
上表面壓電薄膜2與磁致伸縮振子1接觸的正方形表面為上表面壓電薄膜2 下表面，則上表面壓電薄膜2另一正方形表面即沒有與磁致伸縮振子接觸的自由 的正方形表面為上表面壓電薄膜2上表面；下表面壓電薄膜3與磁致伸縮振子1 接觸的正方形表面為下表面壓電薄膜3上表面，則下表面壓電薄膜3另一正方形 表面即沒有與磁致伸縮振子接觸的自由的正方形表面為下表面壓電薄膜3下表 面。上表面壓電薄膜2上表面上側(cè)的邊為上表面壓電薄膜2第一邊、上表面壓電 薄膜2上表面右側(cè)的邊為上表面壓電薄膜2第二邊、上表面壓電薄膜2上表面下 側(cè)的邊為上表面壓電薄膜2第三邊、上表面壓電薄膜2上表面左側(cè)的邊為上表面 壓電薄膜2第四邊、下表面壓電薄膜3下表面上側(cè)的邊為下表面壓電薄膜3第一 邊、下表面壓電薄膜3下表面右側(cè)的邊為下表面壓電薄膜3第二邊、下表面壓電 薄膜3下表面下側(cè)的邊為下表面壓電薄膜3第三邊、下表面壓電薄膜3下表面左 側(cè)的邊為下表面壓電薄膜3第四邊。上表面壓電薄膜2第一邊與下表面壓電薄膜 3第一邊平行，上表面壓電薄膜2第一邊與下表面壓電薄膜3第一邊位于磁致伸 縮振子、上表面壓電薄膜2和下表面壓電薄膜3構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的同一表面上。上表 面壓電薄膜2第一邊的中點(diǎn)與上表面壓電薄膜2第三邊的中點(diǎn)的連線為上表面壓 電薄膜2第一中心線、上表面壓電薄膜2第二邊的中點(diǎn)與上表面壓電薄膜2第四 邊的中點(diǎn)的連線為上表面壓電薄膜2第二中心線、下表面壓電薄膜3第一邊的中 點(diǎn)與下表面壓電薄膜3第三邊的中點(diǎn)的連線為下表面壓電薄膜3第一中心線、下 表面壓電薄膜3第二邊的中點(diǎn)與下表面壓電薄膜3第四邊的中點(diǎn)的連線為下表面 壓電薄膜3第二中心線。
位置分布上表面壓電薄膜2和下表面壓電薄膜3位于磁致伸縮振子1的兩
個正方形表面上。上側(cè)驅(qū)動線圈4、下側(cè)驅(qū)動線圈5、上表面壓電薄膜上側(cè)輸出 電極6、上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極8位于上表面壓電薄膜第一中心線上、上 側(cè)驅(qū)動線圈4與下側(cè)驅(qū)動線圈5關(guān)于上表面壓電薄膜第二中心線對稱分布，上表 面壓電薄膜上側(cè)輸出電極6與上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極8關(guān)于上表面壓電薄 膜第二中心線對稱分布，上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極6與上表面壓電薄膜下側(cè) 輸出電極8靠近上表面壓電薄膜2的外邊緣；上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極7、 上表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極9關(guān)于上表面壓電薄膜第一中心線對稱分布、位于 上表面壓電薄膜第二中心線上，上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極7、上表面壓電薄 膜左側(cè)輸出電極9靠近上表面壓電薄膜2的外邊緣；下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電 極10與下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極12關(guān)于下表面壓電薄膜第二中心線對稱分 布、位于下表面壓電薄膜第一中心線上，下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極io與下 表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極12靠近下表面壓電薄膜3的外邊緣；下表面壓電薄 膜右側(cè)輸出電極11與下表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極13關(guān)于下表面壓電薄膜第一 中心線對稱分布、位于下表面壓電薄膜第二中心線上，下表面壓電薄膜右側(cè)輸出 電極11與下表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極13靠近下表面壓電薄膜3的外邊緣。上 表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極6與下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極10的連線、上表 面壓電薄膜右側(cè)輸出電極7與下表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極11的連線、上表面 壓電薄膜下側(cè)輸出電極8與下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極12的連線、上表面壓 電薄膜左側(cè)輸出電極9與下表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極13的連線均與上表面壓 電薄膜、下表面壓電薄膜垂直。
磁致伸縮振子中一條與Z軸平行的邊為磁致伸縮振子第一邊，順時針方向下 一條與Z軸平行的邊為磁致伸縮振子第二邊，依次為磁致伸縮振子第三邊，磁致 伸縮振子第四邊。經(jīng)有限元分析，發(fā)現(xiàn)在工作振動模態(tài)下有四個點(diǎn)振動位移很小。 因此本實(shí)施例陀螺儀選用這四個點(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)即固定點(diǎn))，其位置分別為壓
電振子第一邊中點(diǎn)與壓電振子第二邊中點(diǎn)連線上距壓電振子第一邊中點(diǎn)距離為 壓電振子上表面正方形邊長的1/4點(diǎn)、壓電振子第一邊中點(diǎn)與壓電振子第二邊中 點(diǎn)連線上距壓電振子第二邊中點(diǎn)距離為壓電振子上表面正方形邊長的1/4點(diǎn)、壓 電振子第三邊中點(diǎn)與壓電振子第四邊中點(diǎn)連線上距壓電振子第三邊中點(diǎn)距離為 壓電振子上表面正方形邊長的1/4點(diǎn)、壓電振子第三邊中點(diǎn)與壓電振子第四邊中 點(diǎn)連線上距壓電振子第四邊中點(diǎn)距離為壓電振子上表面正方形邊長的1/4點(diǎn)。
加工工藝對塊狀導(dǎo)電磁致伸縮材料進(jìn)行切割，研磨便得到磁致伸縮振子。 然后以磁致伸縮振子作為基體，采用微細(xì)加工工藝制備壓電薄膜，驅(qū)動線圈以及 電極。
本實(shí)施例利用磁致伸縮體的在特殊模態(tài)下的振動作為振動陀螺的參考振動， 利用壓電效應(yīng)得到輸出信號進(jìn)行檢測外界的角速度。當(dāng)在上側(cè)驅(qū)動線圈4以及下 側(cè)驅(qū)動線圈5通入一定頻率的交變電流激勵時(處于一定的模態(tài))，磁致伸縮振 子會產(chǎn)生特殊模態(tài)振動。X軸為上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極7和上表面壓電薄 膜左側(cè)輸出電極9中心連線，Y軸上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極6和上表面壓電 薄膜下側(cè)輸出電極8中心連線，X軸、Y軸、Z軸符合右手定則。其中當(dāng)磁致伸 縮振子在上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極6所在位置的振動方向?yàn)閅軸負(fù)方向，而 在下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極10所在的位置振動方向?yàn)閅軸正方向。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。使得磁致伸縮振子在上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極 6與下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極10所在位置的Z軸方向產(chǎn)生拉伸或壓縮。最 終使得上表面壓電薄膜與下表面壓電薄膜產(chǎn)生彎曲，將磁致伸縮振子接地，上側(cè) 輸出電極6與下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極10均有一定的電勢，且兩者相等。 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 以通過上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極6與下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極10的電 勢來檢測X方向的角速度，進(jìn)而上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極8與下表面壓電薄 膜下側(cè)輸出電極12的電勢也與外界角速度的大小成正比。上表面壓電薄膜上側(cè) 輸出電極6、下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極10的電勢與上表面壓電薄膜下側(cè)輸 出電極8、下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極12的電勢正負(fù)相反，為了使輸出信號
更大，陀螺的精度更高，最終將上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極6的電勢與下表面 壓電薄膜上側(cè)輸出電極10的電勢相加，再減去上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極8 的電勢和下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極12的電勢作為X方向上的角速度的檢測 信號。上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極7與上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極6的運(yùn)動 方向垂直，同理將上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極7的電勢與下表面壓電薄膜右側(cè) 輸出電極11的電勢相加，再減去上表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極9的電勢和下表 面壓電薄膜左側(cè)輸出電極13的電勢作為Y方向角速度的檢測信號。
權(quán)利要求
1、一種具有長方體振子的全固態(tài)雙軸磁致伸縮壓電陀螺儀，包括磁致伸縮振子、上表面壓電薄膜、下表面壓電薄膜、上側(cè)驅(qū)動線圈、下側(cè)驅(qū)動線圈、上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極、上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極、上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極、上表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極、下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極、下表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極、下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極、下表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極，其特征在于，所述磁致伸縮振子結(jié)構(gòu)是具有兩個正方形表面的長方體，兩個正方形表面相互平行，為磁致伸縮振子的上表面和下表面，上表面壓電薄膜、下表面壓電薄膜分別位于磁致伸縮振子上表面、下表面上，且具有與磁致伸縮振子上表面、下表面相同的正方形表面；上表面壓電薄膜與磁致伸縮振子接觸的正方形表面為上表面壓電薄膜下表面，則上表面壓電薄膜另一正方形表面為上表面壓電薄膜上表面，下表面壓電薄膜與磁致伸縮振子接觸的正方形表面為下表面壓電薄膜上表面，則下表面壓電薄膜另一正方形表面為下表面壓電薄膜下表面，上表面壓電薄膜上表面上側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第一邊，上表面壓電薄膜上表面右側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第二邊，上表面壓電薄膜上表面下側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第三邊，上表面壓電薄膜上表面左側(cè)的邊為上表面壓電薄膜第四邊，下表面壓電薄膜下表面上側(cè)的邊為下表面壓電薄膜第一邊，下表面壓電薄膜下表面右側(cè)的邊為下表面壓電薄膜第二邊，下表面壓電薄膜下表面下側(cè)的邊為下表面壓電薄膜第三邊，下表面壓電薄膜下表面左側(cè)的邊為下表面壓電薄膜第四邊，上表面壓電薄膜第一邊的中點(diǎn)與上表面壓電薄膜第三邊的中點(diǎn)的連線為上表面壓電薄膜第一中心線，上表面壓電薄膜第二邊的中點(diǎn)與上表面壓電薄膜第四邊的中點(diǎn)的連線為上表面壓電薄膜第二中心線，下表面壓電薄膜第一邊的中點(diǎn)與下表面壓電薄膜第三邊的中點(diǎn)的連線為下表面壓電薄膜第一中心線，下表面壓電薄膜第二邊的中點(diǎn)與下表面壓電薄膜第四邊的中點(diǎn)的連線為下表面壓電薄膜第二中心線；所述上側(cè)驅(qū)動線圈、下側(cè)驅(qū)動線圈、上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極、上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極位于上表面壓電薄膜第一中心線上，上側(cè)驅(qū)動線圈與下側(cè)驅(qū)動線圈關(guān)于上表面壓電薄膜第二中心線對稱分布，上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極與上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極關(guān)于上表面壓電薄膜第二中心線對稱分布，上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極、上表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極關(guān)于上表面壓電薄膜第一中心線對稱分布、位于上表面壓電薄膜第二中心線上，下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極關(guān)于下表面壓電薄膜第二中心線對稱分布、位于下表面壓電薄膜第一中心線上，下表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極關(guān)于下表面壓電薄膜第一中心線對稱分布、位于下表面壓電薄膜第二中心線上；所述上表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜上側(cè)輸出電極的連線、上表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜右側(cè)輸出電極的連線、上表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜下側(cè)輸出電極的連線、上表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極與下表面壓電薄膜左側(cè)輸出電極的連線均與磁致伸縮振子的上下表面壓電薄膜垂直。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有長方體振子的全固態(tài)雙軸磁致伸縮壓電陀螺 儀，其特征是，所述陀螺儀有四個節(jié)點(diǎn)，其位置分別為磁致伸縮振子第一邊中點(diǎn) 與磁致伸縮振子第二邊中點(diǎn)連線上距磁致伸縮振子第一邊中點(diǎn)距離為上表面壓 電薄膜正方形邊長的1/4點(diǎn)、磁致伸縮振子第一邊中點(diǎn)與磁致伸縮振子第二邊中 點(diǎn)連線上距磁致伸縮振子第二邊中點(diǎn)為上表面壓電薄膜正方形邊長的1/4點(diǎn)、磁 致伸縮振子第三邊中點(diǎn)與磁致伸縮振子第四邊中點(diǎn)連線上距磁致伸縮振子第三 邊中點(diǎn)為上表面壓電薄膜正方形邊長的1/4點(diǎn)、磁致伸縮振子第三邊中點(diǎn)與磁致 伸縮振子第四邊中點(diǎn)連線上距磁致伸縮振子第四邊中點(diǎn)為上表面壓電薄膜正方 形邊長的1/4點(diǎn)，其中所述磁致伸縮振子中一條與Z軸平行的邊為磁致伸縮振子 第一邊，順時針方向下一條與Z軸平行的邊為磁致伸縮振子第二邊，依次為磁致 伸縮振子第三邊，磁致伸縮振子第四邊。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有長方體振子的全固態(tài)雙軸磁致伸縮壓電 陀螺儀，其特征是，所述磁致伸縮振子，其材料為磁致伸縮材料。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有長方體振子的全固態(tài)雙軸磁致伸縮壓電陀螺 儀，其特征是，所述上表面壓電薄膜第一邊與下表面壓電薄膜第一邊平行，上表 面壓電薄膜第一 邊與下表面壓電薄膜第一邊位于磁致伸縮振子、上表面壓電薄膜 和下表面壓電薄膜構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的同一表面上。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有長方體振子的全固態(tài)雙軸磁致伸縮壓電陀螺儀，由端面為正方形的長方體的磁致伸縮振子、壓電薄膜、驅(qū)動線圈、輸出電極組成。所有電極在磁致伸縮振子的上下兩個正方形表面關(guān)于磁致伸縮振子對稱分布。利用磁致伸縮振子在特殊模態(tài)下的振動作為工作狀態(tài)，此模態(tài)磁致伸縮振子在兩個方向上均有特殊位置在上下表面壓電薄膜的運(yùn)動方向相反。當(dāng)外界有角速度時會在磁致伸縮振子運(yùn)動方向相反的位置產(chǎn)生方向相反的柯氏力，使磁致伸縮振子拉伸或壓縮，最終在使得壓電薄膜彎曲，輸出電極上產(chǎn)生電勢檢測外界角速度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，抗沖擊性強(qiáng)，雙軸檢敏感，不需要真空封裝，不需要高速轉(zhuǎn)動節(jié)省功耗，磁致伸縮驅(qū)動、壓電檢測干擾信號小。
文檔編號G01C19/567GK101339027SQ20081004167
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, 張衛(wèi)平, 陳文元 申請人:上海交通大學(xué)