一種用於高過載環境的微機械陀螺結構的製作方法

2023-08-07 02:39:31 1

本發明屬於雙質量差分式微機械陀螺結構技術領域，具體涉及一種用於高過載應用條件的雙質量塊差分式微機械陀螺結構。

背景技術：

微機械陀螺具有量程大，抗衝擊性強的特點，在慣性制導領域具有廣泛的應用，其中用於高過載應用條件的線振動微機械陀螺更是成為制導領域的應用主流。

雙質量差分式線振動電容式陀螺的主要結構為兩個通過耦合梁連接的質量框，這兩個質量框一個在平面內進行運動方向相反的振動。如圖1所示，一種具備正交誤差補償結構差分式微機械陀螺，包括左質量框1，右質量框2，耦合梁3，左驅動框1和右驅動框2通過耦合梁3聯結。左質量框與右質量框結構相同。左質量框包括驅動框1-1，驅動框1-1通過摺疊彈性梁1-2a，1-2b，1-2c和1-2d與外界錨點連接，驅動框1-1通過摺疊彈性梁1-4a，1-4b，1-4c和1-4d與檢測框1-5連接，驅動框1-1的兩側對稱分布驅動梳齒1-3a和1-3b，驅動框的四角分布驅動彈性止擋1-7a，1-7b，1-7c和1-7d；檢測框1-5的內部具備檢測梳齒1-6，內部的四個角分布相同的驅動彈性止擋1-8a，1-8b，1-8c和1-8d。

兩個振動質量框分別通過靜電力驅動，在平面內沿X軸反方向運動，當微機械陀螺敏感到Z軸的角速率時，在哥氏效應的作用下，兩個質量框分別受到Y方向的哥氏力，從而推動質量框在Y方向發生位移。分別對兩個質量框在Y方向的位移進行檢測並進行差分，即可實現對沿Z軸輸入的角速率進行測量。

目前中高精度的雙質量塊差分式梳齒線振動微機械陀螺多為高真空封裝，其欠阻尼的內部環境會使微機械陀螺在承受高衝擊時更容易發生結構損壞，其中微機械陀螺的驅動彈性梁、檢測彈性梁和耦合彈性梁是已損壞且難以加強的部位，這三部位的任何損傷都會導致陀螺無法工作，而這類陀螺是應用在制導領域的主流產品。因此中高精度的雙質量差分式微機械陀螺更需要進行抵抗高衝擊的結構設計。

技術實現要素：

本發明解決的技術問題：提供一種用於高過載環境的雙質量差分式微機械陀螺結構。

本發明的技術方案：一種用於高過載環境的微機械陀螺結構，所述的微機械陀螺結構包括通過耦合梁連接的左右質量框，質量框包括驅動框和檢測框，驅動框和檢測框通過摺疊彈性梁連接，驅動框和檢測框上分布有彈性止擋；

其特徵為耦合梁、摺疊彈性梁和彈性止擋的根部具備圓弧過渡特徵。

本發明的有益效果：本發明的能夠使微機械陀螺彈性梁根部的應力集中降低百分之六十，並通過彈性止檔避免微機械陀螺可動部分在超過設定位移極限時發生碰撞損傷。本發明所提出的微機械陀螺結構能夠降低在高衝擊作用對彈性止檔的要求，降低具備抗高衝擊能力的微機械陀螺加工工藝難度。

附圖說明

圖1是本發明所示的一實施例的用於高過載環境的雙質量差分式微機械陀螺整體結構示意圖；

圖2是所示實施例中具備圓弧特徵摺疊彈性梁具體結構示意圖；

圖3是所示實施例中具備圓弧特徵的耦合梁具體結構示意圖；

圖4是所示實施例中具備圓弧特徵的彈性止檔具體結構示意圖。

具體實施方式

如圖2所示，用於高過載環境的雙質量差分式微機械陀螺的驅動摺疊彈性梁和檢測摺疊彈性梁結構大致相同，兩端分別連接不同的框架，中間具備與連接端垂直的U型折彎結構，在結構垂直折彎的部位具備圓弧過渡特徵1-9a，1-9b，1-9c和1-9d，使得摺疊彈性梁在該部位的應力集中降低百分之四十至六十。

如圖3所示，用於高過載環境的雙質量差分式微機械陀螺的左右質量框之間的耦合梁兩端分別連接左右質量框，中間具備與連接端沿垂直的雙U型結構，在結構垂直折彎的部位均具備圓弧過渡特徵1-10a，1-10b，1-10c，1-10d，1-10e，1-10f，1-10g和1-10h，使得摺疊彈性梁在該部位的應力集中降低百分之四十至六十。

如圖4所示，用於高過載環境的雙質量差分式微機械陀螺的彈性止檔由與阻擋塊和彈性杆組成，阻擋塊為剛度極大的方塊組成，與可動結構連接；彈性杆由兩根尺寸相同，剛度較小的長杆組成，將阻擋塊限制在一定空間內，彈性杆與外界固定錨點連接，彈性杆與外部錨點連接的結構折彎的部位應當具備圓弧過渡特徵1-11a，1-11b和1-11，使得彈性杆在該部位的應力集中降低百分之四十至六十。

以下為具體工作方式，當具備正交誤差補償結構差分式微機械陀螺工作時，驅動梳齒1-3a和1-3b在驅動框1-1上產生與諧振頻率相同的靜電驅動力，將左質量框1驅動到目標振動幅值，該目標幅值應在驅動彈性止檔1-7a，1-7b，1-7c和1-7d所允許的範圍內；同時右質量框2與左質量框1運動方向相反，幅值相同。

當差分式微機械陀螺受到沿驅動方向的高衝擊時，左質量框1中的彈性止檔1-7a，1-7b，1-7c和1-7d會限制驅動框1-1的X方向運動直至其達到設計最大位移，防止驅動框1-1接觸到外部固定錨點，同時驅動彈性梁1-2a，1-2b，1-2c和1-2d在該條件下會產生最大變形，其根部的圓弧特徵會將該變形條件下的應力大幅降低，使其不至於產生結構的損傷破壞，從而使得差分式微機械陀螺能夠抵抗驅動方向的高過載。

當差分式微機械陀螺受到沿檢測方向的高衝擊時，左質量框1中的彈性止檔1-8a，1-8b，1-8c和1-8d會限制驅動框1-1的Y方向運動直至其達到設計最大位移，防止驅動框1-1接觸到外部固定錨點，同時檢測彈性梁1-4a，1-4b，1-4c和1-4d在該條件下會產生最大變形，其根部的圓弧特徵會將該變形條件下的應力大幅降低，使其不至於產生結構的損傷破壞，從而使得差分式微機械陀螺能夠抵抗檢測方向的高過載。