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专利号: 2013105461391
申请人: 中北大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种陀螺仪组合装置,采用基于纳米光栅检测的陀螺,其特征在于,所述陀螺仪组合装置整体结构对称,工作时两质量块驱动方向相对,即驱动相位相差180°,当有角速度输入时,质量块敏感位移大小相等,方向相对,应用差分耦合的检测输出方式消除可动纳米光栅沿非敏感方向谐振导致的输出噪声,进一步提高灵敏度与信噪比;

所述基于纳米光栅检测的陀螺仪,包括:

键合基板(1),键合基板(1)中心布置有固定纳米光栅(11);

垫衬框体(2),垫衬框体(2)设在键合基板(1)上方并与键合基板(1)相连接;

支撑框体(3),支撑框体(3)设在垫衬框体(2)的上方并与垫衬框体(2)相连接,且支撑框体(3)设有固定梳齿(7);

驱动悬臂梁(4),驱动悬臂梁(4)与支撑框体(3)和可动框体(5)相连接,用于支撑可动框体(5);

可动框体(5),可动框体(5)由驱动悬臂梁(4)支撑于支撑框体(3)中心,并设有可动梳齿(8),在固定梳齿(7)驱动下可沿驱动方向振动;

检测悬臂梁(6),检测悬臂梁(6)与可动框体(5)和质量块(9)相连接,用于支撑微陀螺仪质量块(9);

质量块(9),质量块(9)通过检测悬臂梁(6)固定在可动框体(5)中间,随可动框体(5)沿驱动方向振动,并相对于可动框体(5)沿检测方向振动,且质量块(9)中心布置可动纳米光栅(10);

激光光源(12),激光光源(12)位于键合基板(1)中心正下方,用于为纳米光栅敏感结构提供光源;

光电转换器件(13),光电转换器件(13)位于质量块(9)中心正上方,用于检测透过纳米光栅的光强,并将光强变化转换为电信号;信号检测模块(14),信号检测模块最早将电信号转化为角速度信号。

2.根据权利要求1所述的一种陀螺仪组合装置,其特征在于,所述的固定纳米光栅(11)包括多个单光栅,沿水平方向均匀间隔排列,光栅的周期和厚度小于激光光波波长,且所述固定纳米光栅(11)上表面与键合基板(1)上表面相平。

3.根据权利要求1所述的一种陀螺仪组合装置,其特征在于,所述的垫衬框体(2)为矩形中空框体,其厚度小于激光光波波长,其下表面与键合基板(1)键和连接并且共同形成矩形凹槽。

4.根据权利要求1所述的一种陀螺仪组合装置,其特征在于,所述的固定梳齿(7)和可动梳齿(8)位于可动框体(5)上下方向,分别与支撑框体(3)和可动框体(5)相连接,在静电力的作用下可驱动可动框体(5)上下振动。

5.根据权利要求1所述的一种陀螺仪组合装置,其特征在于,所述的驱动悬臂梁(4)位于可动框体(5)左右两侧,检测悬臂梁(6)位于质量块(9)的上下两侧,为隔离可动框体(5)和质量块(9)在竖直方向的位移,驱动悬臂梁(4)和检测悬臂梁(6)的厚度均大于它们的宽度。

6.根据权利要求1所述的一种陀螺仪组合装置,其特征在于,所述的可动纳米光栅(10)包括多个单光栅,沿水平方向均匀间隔排列,光栅的周期和厚度小于激光光波波长,且可动纳米光栅(10)下表面与质量块(9)下表面相平;

同时,可动纳米光栅(10)与所述固定纳米光栅(11)上下交叉排列,即可动纳米光栅(10)的每个单光栅分别位于固定纳米光栅(11)两单光栅组成的狭缝上方,可动纳米光栅(10)与固定纳米光栅(11)共同构成多个狭缝,狭缝间距小于激光光波波长。

7.根据权利要求6所述的一种陀螺仪组合装置,其特征在于,可动纳米光栅(10)的长度小于固定纳米光栅(11)长度,以提供双层纳米光栅相对运动时的非敏感方向,使纳米光栅检测应用于谐振式微机械陀螺仪。

8.根据权利要求1所述的一种陀螺仪组合装置,其特征在于,所述的激光光源(12)和光电转换器件(13)分别位于键合基板(1)中心的正下方与正上方,即激光光源(12)发出的光波可通过固定光栅(11)与可动光栅(10)照射到电转换器件(13),而光电转换器件与信号检测模块相连接。