一種抗高沖擊的微機(jī)電陀螺的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種抗高沖擊的微機(jī)電陀螺，包括左右對(duì)稱(chēng)設(shè)置的兩個(gè)單框式結(jié)構(gòu)，兩個(gè)單框式結(jié)構(gòu)經(jīng)由中間耦合梁連接，每個(gè)單框式結(jié)構(gòu)均包括驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框、設(shè)于驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框內(nèi)部的檢測(cè)質(zhì)量框以及連接驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框和檢測(cè)質(zhì)量框的檢測(cè)彈性梁，驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框和錨點(diǎn)之間經(jīng)由八組三錨點(diǎn)折疊梁連接，每個(gè)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框的外部左右兩側(cè)沿水平方向分別成對(duì)設(shè)置彈性限位結(jié)構(gòu)，每個(gè)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框外部上下兩側(cè)沿豎直方向單向設(shè)置一組彈性限位結(jié)構(gòu)，每個(gè)檢測(cè)質(zhì)量框內(nèi)部四側(cè)分別設(shè)置一組彈性限位結(jié)構(gòu)。當(dāng)陀螺工作于高強(qiáng)度的沖擊載荷之下時(shí)，彈性限位結(jié)構(gòu)限制了主體結(jié)構(gòu)在水平和豎直方向的位移，保證三錨點(diǎn)折疊梁和檢測(cè)彈性梁不超過(guò)彈性變形極限，使結(jié)構(gòu)不發(fā)生斷裂失效，提高抗沖擊性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種抗高沖擊的微機(jī)電陀螺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及微機(jī)電陀螺結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)是微電路和微機(jī)械按功能要求在芯片上的集成的系統(tǒng)，尺寸通常在毫米或微米級(jí)。其中微機(jī)械陀螺是利用科氏效應(yīng)來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)物體角速度的一種慣性傳感器。微機(jī)械陀螺采用硅微加工工藝，具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、易于批量生成的特點(diǎn)，在武器制導(dǎo)、航空航天、汽車(chē)、生物醫(yī)學(xué)器械、消費(fèi)品電子等領(lǐng)域具有極其廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]MEMS陀螺可能在制造、安裝、使用過(guò)程中會(huì)受到各種環(huán)境沖擊。例如器件偶然跌落在硬物上所引起的高沖擊，可能導(dǎo)致器件損壞。當(dāng)器件應(yīng)用在如航空航天、武器制導(dǎo)等存在高強(qiáng)度沖擊的場(chǎng)合時(shí)，微機(jī)械陀螺的抗沖擊性就更顯重要。國(guó)內(nèi)從20世紀(jì)90年代開(kāi)始進(jìn)行微機(jī)械陀螺的研究工作，并相繼取得了一定的研究成果。典型成果如中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所在2001年左右研制的柵結(jié)構(gòu)振動(dòng)式微機(jī)械陀螺、振子框架式微機(jī)械陀螺、基于滑膜阻尼效應(yīng)的音叉式微機(jī)械陀螺。但國(guó)內(nèi)對(duì)MEMS器件的抗沖擊設(shè)計(jì)的研究較少，且主要集中于微加速度計(jì)的研究。國(guó)外在抗高沖擊微陀螺方面采取嚴(yán)格的技術(shù)封鎖政策?；诖耍斜匾獙?duì)抗高沖擊微機(jī)械陀螺進(jìn)行研發(fā)，以使其可應(yīng)用于存在高強(qiáng)度沖擊的民用或軍用場(chǎng)合，進(jìn)行角速度檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種微機(jī)電陀螺，具有抗高強(qiáng)度沖擊的能力，可以應(yīng)用于存在高強(qiáng)度沖擊的民用或軍用場(chǎng)合。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0006]一種抗高沖擊的微機(jī)電陀螺，包括左右對(duì)稱(chēng)設(shè)置的兩個(gè)單框式結(jié)構(gòu)，所述兩個(gè)單框式結(jié)構(gòu)經(jīng)由中間耦合梁連接，每個(gè)單框式結(jié)構(gòu)均包括驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框、設(shè)于所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框內(nèi)部的檢測(cè)質(zhì)量框以及連接所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框和所述檢測(cè)質(zhì)量框的檢測(cè)彈性梁，每個(gè)單框式結(jié)構(gòu)還包括三錨點(diǎn)折疊梁和彈性限位結(jié)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框和錨點(diǎn)之間經(jīng)由八組三錨點(diǎn)折疊梁連接，所述每個(gè)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框的外部左右兩側(cè)沿水平方向分別成對(duì)設(shè)置彈性限位結(jié)構(gòu)，每個(gè)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框外部上下兩側(cè)沿豎直方向單向設(shè)置一組彈性限位結(jié)構(gòu)，所述每個(gè)檢測(cè)質(zhì)量框內(nèi)部四側(cè)分別設(shè)置一組彈性限位結(jié)構(gòu)。
[0007]所述單框式結(jié)構(gòu)中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框的外部上下兩側(cè)沿豎直方向成對(duì)布置八組三錨點(diǎn)折疊梁，所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框上下兩側(cè)每邊上的四組三錨點(diǎn)折疊梁中，其中兩組三錨點(diǎn)折疊梁位于該側(cè)邊的兩端，另外兩組三錨點(diǎn)折疊梁在該側(cè)邊關(guān)于驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框的中心軸對(duì)稱(chēng)布置；
[0008]優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框上下兩側(cè)每邊上的四組三錨點(diǎn)折疊梁分別位于該單側(cè)邊的第一等分點(diǎn)、第二等分點(diǎn)、第四等分點(diǎn)以及第五等分點(diǎn)位置上。
[0009]所述三錨點(diǎn)折疊梁為軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，包括位于左右兩側(cè)的U型梁以及位于中間的T型梁，所述兩組U型梁靠近所述T型梁的一側(cè)分別與所述T型梁的兩翼緣相連，所述兩組U型梁遠(yuǎn)離所述T型梁的一側(cè)與錨點(diǎn)連接，所述T型梁的梁肋與驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框連接。
[0010]所述單框式結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框、驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框上下側(cè)邊第一等分點(diǎn)、第二等分點(diǎn)和第四等分點(diǎn)上的六組三錨點(diǎn)折疊梁、檢測(cè)質(zhì)量框以及檢測(cè)彈性梁上均濺射鋁線，且檢測(cè)電磁回路由位于驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框上下側(cè)邊第二等分點(diǎn)和第四等分點(diǎn)上的四組三錨點(diǎn)折疊梁、檢測(cè)彈性梁以及檢測(cè)質(zhì)量框水平方向上的鋁線構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)電磁回路由位于驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框上下側(cè)邊第一等分點(diǎn)上的兩組三錨點(diǎn)折疊梁及驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框上的鋁線構(gòu)成。
[0011]進(jìn)一步的，位于同一等分點(diǎn)處的上下兩組三錨點(diǎn)折疊梁中，鋁線濺射于同一側(cè)的U型梁上。
[0012]所述彈性限位結(jié)構(gòu)包括凹槽、位于凹槽上方的彈性限位凸臺(tái)以及位于彈性限位凸臺(tái)左右兩側(cè)的剛性限位凸臺(tái)，所述彈性限位凸臺(tái)和所述兩個(gè)剛性限位凸臺(tái)用于連接錨點(diǎn)，且彈性限位凸臺(tái)和剛性限位凸臺(tái)到驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框的距離不同，且彈性限位凸臺(tái)和剛性限位凸臺(tái)到檢測(cè)質(zhì)量框的距離也不同。
[0013]所述彈性限位結(jié)構(gòu)為直接在錨點(diǎn)上刻蝕加工獲得。
[0014]所述檢測(cè)彈性梁為T(mén)形結(jié)構(gòu)，檢測(cè)彈性梁的兩翼緣端分別與驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框的內(nèi)側(cè)相連接，梁肋端與所述檢測(cè)質(zhì)量框的外側(cè)連接。
[0015]所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框和檢測(cè)質(zhì)量框均為中空的框式結(jié)構(gòu)。
[0016]所示檢測(cè)質(zhì)量框的中空部分的內(nèi)部為鍵合區(qū)，所述鍵合區(qū)內(nèi)設(shè)有多條溝槽。
[0017]由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0018]第一、本發(fā)明所示的微機(jī)電陀螺在抗沖擊結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了再設(shè)計(jì)，在陀螺的水平方向與豎直方向均設(shè)計(jì)了彈性限位結(jié)構(gòu)，當(dāng)陀螺工作于高強(qiáng)度的沖擊載荷之下時(shí)，主體結(jié)構(gòu)中的驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框和檢測(cè)質(zhì)量框往往會(huì)發(fā)生較大位移，彈性限位結(jié)構(gòu)限制了主體結(jié)構(gòu)在水平方向和豎直方向的位移，以保證連接在主體結(jié)構(gòu)上的三錨點(diǎn)折疊梁和檢測(cè)彈性梁不超過(guò)彈性變形極限，進(jìn)而使結(jié)構(gòu)不發(fā)生斷裂失效。另一方面，本設(shè)計(jì)中的限位結(jié)構(gòu)為彈性限位與剛性限位的組合型限位結(jié)構(gòu)，在限制主體結(jié)構(gòu)大位移的前提下，消除了限位結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)碰撞時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊波的現(xiàn)象，相比較限位時(shí)產(chǎn)生沖擊波的剛性限位結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)具有良好的緩沖效果。差動(dòng)式的彈性限位結(jié)構(gòu)在限位時(shí)，彈性限位凸臺(tái)和剛性限位凸臺(tái)到主體結(jié)構(gòu)的距離不同，因此彈性限位凸臺(tái)與剛性限位凸臺(tái)并不是同一時(shí)間和主體結(jié)構(gòu)相接觸，這種彈性限位與剛性限位的組合型差動(dòng)式彈性限位結(jié)構(gòu)能在陀螺經(jīng)受高強(qiáng)度沖擊時(shí)起到很好的緩沖效果。
[0019]第二、本發(fā)明所示的微機(jī)電陀螺在驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框外的上下兩側(cè)單側(cè)均設(shè)置了四組三錨點(diǎn)折疊梁，此種設(shè)計(jì)使得驅(qū)動(dòng)回路和檢測(cè)回路分開(kāi)，消除了驅(qū)動(dòng)回路和檢測(cè)回路的電磁耦合現(xiàn)象，大大提高了陀螺的檢測(cè)精度。
[0020]第三、三錨點(diǎn)折疊梁包括位于左右兩側(cè)的U型梁以及位于中間的T型梁，其采用兩根折疊梁并聯(lián)的方式，提高了驅(qū)動(dòng)彈性梁的剛度，在一定程度上提高了陀螺的抗沖擊性能。
[0021]總而言之，本發(fā)明所示的微機(jī)電陀螺，以其體積小、質(zhì)量輕、抗沖擊性能強(qiáng)和檢測(cè)精度較高的優(yōu)點(diǎn)可以應(yīng)用于工作環(huán)境嚴(yán)苛檢測(cè)精度要求高的民用或軍用場(chǎng)合。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0022]圖1是本發(fā)明所示一實(shí)施例的微機(jī)電陀螺彈性限位結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是圖1所示實(shí)施例的微機(jī)電陀螺的三錨點(diǎn)折疊梁結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3是圖1所示實(shí)施例的微機(jī)電陀螺主體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4是圖1所示實(shí)施例的微機(jī)電陀螺的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5是圖1所示實(shí)施例的微機(jī)電陀螺的整體結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)示意圖；
[0027]圖6本圖1所示實(shí)施例中電磁回路整體布局示意圖；
[0028]圖7是圖6所示實(shí)施例中電磁回路局部放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0030]如圖3至圖5所示，一種抗高沖擊的微機(jī)電陀螺，包括左右對(duì)稱(chēng)設(shè)置的兩個(gè)單框式結(jié)構(gòu)，兩個(gè)單框式結(jié)構(gòu)經(jīng)由中間耦合梁5連接，每個(gè)單框式結(jié)構(gòu)均包括驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框1、設(shè)于驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I內(nèi)部的檢測(cè)質(zhì)量框2以及連接驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I和檢測(cè)質(zhì)量框2的檢測(cè)彈性梁4，且每個(gè)單框式結(jié)構(gòu)還包括三錨點(diǎn)折疊梁3和彈性限位結(jié)構(gòu)6。驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I和錨點(diǎn)7之間經(jīng)由八組三錨點(diǎn)折疊梁3連接，每個(gè)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I的外部左右兩側(cè)沿水平方向分別成對(duì)設(shè)置彈性限位結(jié)構(gòu)6，每個(gè)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I外部上下兩側(cè)沿豎直方向單向設(shè)置一組彈性限位結(jié)構(gòu)6，每個(gè)檢測(cè)質(zhì)量框2內(nèi)部四側(cè)分別設(shè)置一組彈性限位結(jié)構(gòu)6。
[0031 ] 該微機(jī)電陀螺的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)方式均為電磁驅(qū)動(dòng)和電磁檢測(cè)，微機(jī)電陀螺的主體結(jié)構(gòu)由通過(guò)中間耦合梁連接的兩個(gè)左右對(duì)稱(chēng)的雙框式結(jié)構(gòu)組成，每個(gè)單框式結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I均通過(guò)三錨點(diǎn)折疊梁3與錨點(diǎn)7連結(jié)，檢測(cè)質(zhì)量框2均在在驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I的內(nèi)部，且通過(guò)檢測(cè)彈性梁4與驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I連結(jié)，陀螺可以在襯底上沿X方向(水平方向)與Y方向(豎直方向)運(yùn)動(dòng)，且在X方向(水平方向)與Y方向(豎直方向)具有彈性限位結(jié)構(gòu)6。
[0032]工作時(shí)，Z向具有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在交變電流下，兩對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I受洛侖茲力的作用沿X方向反相振動(dòng)。當(dāng)繞Z向有角速度輸入時(shí)，檢測(cè)質(zhì)量框2在科氏力的作用下沿Y方向反向振動(dòng)，檢測(cè)質(zhì)量框2上的鋁線切割磁感線進(jìn)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過(guò)檢測(cè)感應(yīng)電流的大小可以測(cè)得系統(tǒng)的角速度。
[0033]當(dāng)微機(jī)電陀螺的所受到的沖擊較大時(shí)，驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I和檢測(cè)質(zhì)量框2都可能發(fā)生較大的位移，在位移超過(guò)結(jié)構(gòu)的三錨點(diǎn)折疊梁3或檢測(cè)彈性梁4所能承受的極限時(shí)，梁就有可能斷裂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。本發(fā)明通過(guò)在驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I和檢測(cè)質(zhì)量框2上設(shè)置的彈性限位結(jié)構(gòu)6，彈性限位結(jié)構(gòu)6限制了微機(jī)電陀螺主體結(jié)構(gòu)在水平方向和豎直方向上的位移，避免主體結(jié)構(gòu)發(fā)生大位移時(shí)，檢測(cè)彈性梁4結(jié)構(gòu)與三錨點(diǎn)折疊梁結(jié)構(gòu)超過(guò)彈性變形極限，發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，在沖擊下可以保護(hù)陀螺以提高抗沖擊性能。
[0034]彈性限位結(jié)構(gòu)6為直接在錨點(diǎn)上刻蝕加工獲得，其并無(wú)特定位置和數(shù)量要求，只需在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)空間允許、不影響系統(tǒng)正常工作且可以起到限位作用(比如離結(jié)構(gòu)太遠(yuǎn)，在結(jié)構(gòu)經(jīng)受大的沖擊變形時(shí)梳齒與彈性擋塊之間距離太遠(yuǎn)，沒(méi)有接觸，起不到限位的作用的)條件下保證在單方向上彈性限位結(jié)構(gòu)成對(duì)使用即可。
[0035]如圖1所示，本實(shí)施例中，彈性限位結(jié)構(gòu)6包括凹槽6-3、位于凹槽6-3上方的彈性限位凸臺(tái)6-1以及位于彈性限位凸臺(tái)6-1左右兩側(cè)的剛性限位凸臺(tái)6-2，彈性限位凸臺(tái)6-1和兩個(gè)剛性限位凸臺(tái)6-2用于連接錨點(diǎn)7。[0036]彈性限位結(jié)構(gòu)6為差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，在與驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I相連的彈性限位結(jié)構(gòu)6中，彈性限位凸臺(tái)6-1到驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I的距離dl與剛性限位凸臺(tái)6-2到驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I的距離d2不同；在與檢測(cè)質(zhì)量框2相連的彈性限位結(jié)構(gòu)6中，彈性限位凸臺(tái)6-1到檢測(cè)質(zhì)量框2的距離與剛性限位凸臺(tái)6-2到檢測(cè)質(zhì)量框2的距離也不同。
[0037]由于驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I在Y方向(豎直方向)上的尺寸較大，故在驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I外左右兩側(cè)均設(shè)置兩組彈性限位結(jié)構(gòu)6。因彈性限位結(jié)構(gòu)6差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，只需使彈性限位結(jié)構(gòu)上的彈性限位凸臺(tái)6-1和剛性限位凸臺(tái)6-2到驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I的距離不同即可，且dl與d2的取值不能太大，若太大，結(jié)構(gòu)經(jīng)受沖擊變形時(shí)，主體結(jié)構(gòu)發(fā)生較大位移，檢測(cè)彈性梁4和三錨點(diǎn)折疊梁3已經(jīng)超過(guò)彈性變形極限發(fā)生破壞，彈性限位凸臺(tái)6-1還未與主體結(jié)構(gòu)相接觸，起不到抵抗高強(qiáng)度沖擊的作用；dl與d2的取值也不能太小，若取值太小，會(huì)限制主體結(jié)構(gòu)工作時(shí)的正常位移影響陀螺的精度，除此之外彈性限位結(jié)構(gòu)上凹槽6-3的尺寸也沒(méi)有嚴(yán)格的規(guī)定。
[0038]與檢測(cè)質(zhì)量框2相連的彈性限位結(jié)構(gòu)6中，彈性限位凸臺(tái)6-1和剛性限位凸臺(tái)6-2到檢測(cè)質(zhì)量框2的距離也不同，其取值參照與驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I相連的彈性限位結(jié)構(gòu)6中的設(shè)置構(gòu)成差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，以起到消除沖擊波的作用。由于空間限制，檢測(cè)質(zhì)量框2內(nèi)部四側(cè)單側(cè)各設(shè)置一個(gè)彈性限位結(jié)構(gòu)6，彈性限位結(jié)構(gòu)6關(guān)于檢測(cè)質(zhì)量框2的中軸呈對(duì)稱(chēng)布置。
[0039]如圖4和圖5所示，每個(gè)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I的外部上下兩側(cè)沿豎直方向成對(duì)還布置八組三錨點(diǎn)折疊梁3，驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I上下兩側(cè)每邊上的四組三錨點(diǎn)折疊梁3中，其中兩組三錨點(diǎn)折疊梁3位于該側(cè)邊的兩端，另外兩組三錨點(diǎn)折疊梁3在該側(cè)邊關(guān)于驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I的中心軸對(duì)稱(chēng)布置。對(duì)于單個(gè)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框來(lái)說(shuō)，設(shè)置在其上的8根三錨點(diǎn)折疊梁3的位置并無(wú)特殊要求，只需保證其中四根梁分別設(shè)置在靠近驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框的四個(gè)角的位置。其他的四根梁盡量在單側(cè)成比較平均的布置。本實(shí)施例中，將驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I上下兩側(cè)每邊五等分，單側(cè)的四根三錨點(diǎn)折疊梁3分別位于該側(cè)邊的第一等分點(diǎn)、第二等分點(diǎn)、第四等分點(diǎn)以及第五等分點(diǎn)位置上。
[0040]本發(fā)明所示的微機(jī)電陀螺，每個(gè)單框式結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框1、檢測(cè)質(zhì)量框2、三錨點(diǎn)折疊梁3以及檢測(cè)彈性梁4上均濺射了導(dǎo)電材料，本實(shí)施例中，該導(dǎo)電材料為鋁線。
[0041]就三錨點(diǎn)折疊梁3而言，驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I上下側(cè)邊第一等分點(diǎn)、第二等分點(diǎn)和第四等分點(diǎn)上的六組三錨點(diǎn)折疊梁3上均濺射鋁線。如圖6和圖7所示中，位于第二等分點(diǎn)和第四等分點(diǎn)上四根三錨點(diǎn)折疊梁3上用濺射鋁線的方法制成檢測(cè)回路。嚴(yán)格的來(lái)說(shuō)這四根梁不能被稱(chēng)為驅(qū)動(dòng)梁，只是作為輔助梁(起到支撐、將驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)電磁回路分開(kāi)的作用)，而位于第一等分點(diǎn)上的兩根三錨點(diǎn)折疊梁3濺射鋁線制成驅(qū)動(dòng)回路，這兩根梁是真正作為驅(qū)動(dòng)梁。位于第五等分點(diǎn)上的根三錨點(diǎn)折疊梁3則是作為支撐梁，保持結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，其上并不濺射鋁線。
[0042]如圖2所示，三錨點(diǎn)折疊梁3為軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，包括位于左右兩側(cè)的U型梁以及位于中間的T型梁，兩組U型梁靠近T型梁的一側(cè)分別與T型梁的兩翼緣相連，兩組U型梁遠(yuǎn)離T型梁的一側(cè)與錨點(diǎn)7連接，T型梁的梁肋與驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I連接。對(duì)于第一等分點(diǎn)、第二等分點(diǎn)和第四等分點(diǎn)上的六組三錨點(diǎn)折疊梁3而言，檢測(cè)和驅(qū)動(dòng)電磁回路具體走線是在通過(guò)三錨點(diǎn)折疊梁3左側(cè)還是右側(cè)的U型梁并無(wú)特殊要求，只需保持結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)就行，即位于同一等分點(diǎn)處的上下兩組三錨點(diǎn)折疊梁3中，鋁線濺射于同一側(cè)的U型梁上。[0043]最終本發(fā)明所示的微機(jī)電陀螺，每個(gè)單框式結(jié)構(gòu)中檢測(cè)電磁回路由位于驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I上下側(cè)邊第二等分點(diǎn)和第四等分點(diǎn)上的四組三錨點(diǎn)折疊梁3、檢測(cè)彈性梁4以及檢測(cè)質(zhì)量框2水平方向上的鋁線構(gòu)成；驅(qū)動(dòng)電磁回路由位于驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I上下側(cè)邊第一等分點(diǎn)上的兩組三錨點(diǎn)折疊梁3及驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I上的鋁線構(gòu)成。此設(shè)計(jì)解決了以往設(shè)計(jì)中的驅(qū)動(dòng)與檢測(cè)相互干擾問(wèn)題，提高了微機(jī)電陀螺檢測(cè)精度。相較于以往設(shè)計(jì)中，微機(jī)電陀螺的檢測(cè)回路和驅(qū)動(dòng)回路都經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框，導(dǎo)致檢測(cè)回路和驅(qū)動(dòng)回路的線路靠的很近，造成電磁干擾，以至于降低檢測(cè)精度的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明所示的微機(jī)電陀螺，驅(qū)動(dòng)回路和檢測(cè)回路分開(kāi)，降低了電磁干擾現(xiàn)象，提高了檢測(cè)精度。
[0044]同時(shí)，本發(fā)明所示微機(jī)電陀螺中，檢測(cè)彈性梁4為T(mén)形結(jié)構(gòu)，檢測(cè)彈性梁4的兩翼緣端分別與驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I的內(nèi)側(cè)相連接，梁肋端與檢測(cè)質(zhì)量框2的外側(cè)連接。檢測(cè)彈性梁4的結(jié)構(gòu)類(lèi)似T形，水平方向的兩端與驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I的內(nèi)部相連接，豎直方向的一端與檢測(cè)質(zhì)量框2的外部連接，這樣設(shè)置較單側(cè)設(shè)置兩根分開(kāi)的檢測(cè)彈性梁結(jié)構(gòu)上更簡(jiǎn)單，方便加工。
[0045]本發(fā)明所示的微機(jī)電陀螺是在硅片上加工的，采用了反應(yīng)離子刻蝕RIE、硅鍵合和深反應(yīng)離子刻蝕DRIE等技術(shù)制成。驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I和檢測(cè)質(zhì)量框2均為中空式的框架結(jié)構(gòu)，檢測(cè)質(zhì)量框2的中空部分的內(nèi)部為鍵合區(qū)，與襯底鍵合在一起，該鍵合區(qū)內(nèi)有多條溝槽8，用于減小陀螺工作時(shí)的空氣阻尼。
[0046]在其中一應(yīng)用實(shí)施例中，陀螺的驅(qū)動(dòng)頻率為ΙΟΚΗζ，檢測(cè)頻率為10.5KHz。所述微機(jī)點(diǎn)陀螺的厚度為300 μ m,驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I和檢測(cè)質(zhì)量框2的厚度為150 μ m,驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框I長(zhǎng)度為3800 μ m,寬度為2368 μ m,檢測(cè)質(zhì)量框2長(zhǎng)度為3100 μ m,寬度為1848 μ m,在檢測(cè)質(zhì)量框2內(nèi)部沿水平方向設(shè)置的彈性限位結(jié)構(gòu)6的彈性限位凸臺(tái)6-1距離檢測(cè)質(zhì)量框2的距離為12 μ m，剛性限位凸臺(tái)6-2距離檢測(cè)質(zhì)量框2的距離為15 μ m，在檢測(cè)質(zhì)量框2內(nèi)部沿豎直方向設(shè)置的彈性限位結(jié)構(gòu)6的彈性限位凸臺(tái)6-1距離檢測(cè)質(zhì)量框I的距離為8 μ m,剛性限位凸臺(tái)6-2距離檢測(cè)質(zhì)量框2的距離為11 μ m時(shí)，該陀螺在X、Y、Z三軸方向的抗沖擊性能分別為 14000g、16000g、18000g。
[0047]上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員能理解和使用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種抗高沖擊的微機(jī)電陀螺，包括左右對(duì)稱(chēng)設(shè)置的兩個(gè)單框式結(jié)構(gòu)，所述兩個(gè)單框式結(jié)構(gòu)經(jīng)由中間耦合梁(5)連接，每個(gè)單框式結(jié)構(gòu)均包括驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框(I )、設(shè)于所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框(I)內(nèi)部的檢測(cè)質(zhì)量框(2)以及連接所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框(I)和所述檢測(cè)質(zhì)量框(2)的檢測(cè)彈性梁(4)，其特征在于:每個(gè)單框式結(jié)構(gòu)還包括三錨點(diǎn)折疊梁(3)和彈性限位結(jié)構(gòu)(6)，所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框(I)和錨點(diǎn)(7)之間經(jīng)由八組三錨點(diǎn)折疊梁(3)連接，所述每個(gè)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框(O的外部左右兩側(cè)沿水平方向分別成對(duì)設(shè)置彈性限位結(jié)構(gòu)(6)，每個(gè)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框(I)外部上下兩側(cè)沿豎直方向單向設(shè)置一組彈性限位結(jié)構(gòu)(6)，所述每個(gè)檢測(cè)質(zhì)量框(2)內(nèi)部四側(cè)分別設(shè)置一組彈性限位結(jié)構(gòu)(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電陀螺，其特征在于:所述單框式結(jié)構(gòu)中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框(I)的外部上下兩側(cè)沿豎直方向成對(duì)布置八組三錨點(diǎn)折疊梁(3)，所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框(I)上下兩側(cè)每邊上的四組三錨點(diǎn)折疊梁(3)中，其中兩組三錨點(diǎn)折疊梁(3)位于該側(cè)邊的兩端，另外兩組三錨點(diǎn)折疊梁(3)在該側(cè)邊關(guān)于驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框(I)的中心軸對(duì)稱(chēng)布置； 優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框(I)上下兩側(cè)每邊上的四組三錨點(diǎn)折疊梁(3)分別位于該單側(cè)邊的第一等分點(diǎn)、第二等分點(diǎn)、第四等分點(diǎn)以及第五等分點(diǎn)位置上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微機(jī)電陀螺，其特征在于:所述三錨點(diǎn)折疊梁(3)為軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，包括位于左右兩側(cè)的U型梁以及位于中間的T型梁，所述兩組U型梁靠近所述T型梁的一側(cè)分別與所述T型梁的兩翼緣相連，所述兩組U型梁遠(yuǎn)離所述T型梁的一側(cè)與錨點(diǎn)(7)連接，所述T型梁的梁肋與驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框(I)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微機(jī)電陀螺，其特征在于:所述單框式結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框 (1)、驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框(I)上下側(cè)邊第一等分點(diǎn)、第二等分點(diǎn)和第四等分點(diǎn)上的六組三錨點(diǎn)折疊梁(3)、檢測(cè)質(zhì)量框(2)以 及檢測(cè)彈性梁(4)上均濺射鋁線，且檢測(cè)電磁回路由位于驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框(I)上下側(cè)邊第二等分點(diǎn)和第四等分點(diǎn)上的四組三錨點(diǎn)折疊梁(3)、檢測(cè)彈性梁(4)以及檢測(cè)質(zhì)量框(2)水平方向上的鋁線構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)電磁回路由位于驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框(I)上下側(cè)邊第一等分點(diǎn)上的兩組三錨點(diǎn)折疊梁(3)及驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框(I)上的鋁線構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微機(jī)電陀螺，其特征在于:位于同一等分點(diǎn)處的上下兩組三錨點(diǎn)折疊梁(3)中，鋁線濺射于同一側(cè)的U型梁上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電陀螺，其特征在于:所述彈性限位結(jié)構(gòu)(6)包括凹槽(6-3)、位于凹槽(6-3)上方的彈性限位凸臺(tái)(6-1)以及位于彈性限位凸臺(tái)(6-1)左右兩側(cè)的剛性限位凸臺(tái)(6-2)，所述彈性限位凸臺(tái)(6-1)和所述兩個(gè)剛性限位凸臺(tái)(6-2)用于連接錨點(diǎn)(7)，且彈性限位凸臺(tái)(6-1)和剛性限位凸臺(tái)(6-2)到驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框(I)的距離不同，且彈性限位凸臺(tái)(6-1)和剛性限位凸臺(tái)(6-2)到檢測(cè)質(zhì)量框(2)的距離也不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的微機(jī)電陀螺，其特征在于:所述彈性限位結(jié)構(gòu)(6)為直接在錨點(diǎn)上刻蝕加工獲得。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電陀螺，其特征在于:所述檢測(cè)彈性梁(4)為T(mén)形結(jié)構(gòu)，檢測(cè)彈性梁(4)的兩翼緣端分別與驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框(I)的內(nèi)側(cè)相連接，梁肋端與所述檢測(cè)質(zhì)量框(2)的外側(cè)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電陀螺，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量框(I)和檢測(cè)質(zhì)量框(2)均為中空的框式結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微機(jī)電陀螺，其特征在于:所示檢測(cè)質(zhì)量框(2)的中空部分的內(nèi)部為鍵合 區(qū)，所述鍵合區(qū)內(nèi)設(shè)有多條溝槽(8)。
【文檔編號(hào)】G01C19/5747GK103808314SQ201410047971
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年2月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月11日
【發(fā)明者】姜濤, 魏云, 姚賽 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)