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一種基于納米光柵檢測(cè)的新型陀螺儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于納米光柵檢測(cè)的新型陀螺儀，包括：鍵合基板、墊襯框體、支撐框體、驅(qū)動(dòng)懸臂梁、可動(dòng)框體、檢測(cè)懸臂梁、質(zhì)量塊、激光光源、光電轉(zhuǎn)換器件、信號(hào)檢測(cè)模塊。根據(jù)本實(shí)用新型的微機(jī)械陀螺儀，其整體結(jié)構(gòu)對(duì)稱，兩質(zhì)量塊驅(qū)動(dòng)方向相對(duì)，差分耦合輸出，結(jié)構(gòu)合理、緊湊，應(yīng)用納米光柵檢測(cè)，抗電磁干擾能力強(qiáng)，且具有靈敏度高、可靠性好的優(yōu)勢(shì)。
【專利說明】一種基于納米光柵檢測(cè)的新型陀螺儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微慣性導(dǎo)航技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于納米光柵的微機(jī)械陀螺儀。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，微機(jī)械(MEMS)陀螺儀常用的檢測(cè)方式是電容式和壓阻式，壓阻式是基于高摻雜硅的壓阻效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)的，高摻雜硅形成的壓敏器件對(duì)溫度有較強(qiáng)的依賴性，其由壓敏器件組成的電橋檢測(cè)電路也會(huì)因溫度變化引起靈敏度漂移；電容式精度的提高是利用增大電容面積，由于器件的微小型化，其精度因有效電容面積的縮小而難以提高。
[0003]微機(jī)械陀螺儀對(duì)角速度的測(cè)量是靠檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)力電轉(zhuǎn)換來完成的，主要手段是柯氏力引起的微位移檢測(cè)，其檢測(cè)靈敏度、分辨率是十分重要的，由于陀螺儀微型化和集成化，檢測(cè)的敏感區(qū)域隨之減小，故而使檢測(cè)的靈敏度、分辨率等指標(biāo)已達(dá)到敏感區(qū)域檢測(cè)的極限狀態(tài)，從而限制了陀螺儀檢測(cè)精度的進(jìn)一步提高，很難滿足現(xiàn)代軍事、民用裝備的需要。
[0004]應(yīng)用光學(xué)方法測(cè)量微位移，可使微機(jī)械傳感器的靈敏度擺脫傳統(tǒng)電容邊緣效應(yīng)、極板面積等的限制，具有光學(xué)精度，使微機(jī)械傳感器精度得到了很大的提高。已有技術(shù)將納米光柵應(yīng)用于加速度計(jì)，指出其靈敏度理論上可達(dá)到10_9g，敏感部件位移測(cè)量精度可達(dá)到12fm/ V Hz。但是，由于MEMS陀螺儀主要基于微弱柯氏力的檢測(cè)，需要在非敏感方向諧振以實(shí)現(xiàn)有角速度輸入時(shí)，由于柯氏力的作用在敏感方向產(chǎn)生位移，而已有技術(shù)只是應(yīng)用納米光柵對(duì)兩層分光柵之間的間距和光柵狹縫寬度敏感的原理，沒有創(chuàng)造出納米光柵的非敏感方向，不具備應(yīng)用于陀螺儀的基本條件。目前，將納米光柵檢測(cè)應(yīng)用于微機(jī)械陀螺未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。
[0006]有鑒于此，本發(fā)明需要提供微機(jī)械陀螺儀，該微機(jī)械陀螺儀為一種基于納米光柵檢測(cè)的新型陀螺儀，采用對(duì)稱式差分耦合結(jié)構(gòu)抑制納米光柵諧振噪聲，至少可以提高微機(jī)械陀螺儀的檢測(cè)靈敏度。
[0007]本發(fā)明提供一種基于納米光柵檢測(cè)的新型陀螺儀，包括:鍵合基板，鍵合基板中心布置有固定納米光柵；墊襯框體，墊襯框體設(shè)在鍵合基板上方并與鍵合基板相連接；支撐框體，支撐框體設(shè)在墊襯框體的上方并與墊襯框體相連接，且支撐框體設(shè)有固定梳齒；驅(qū)動(dòng)懸臂梁，驅(qū)動(dòng)懸臂梁與支撐框體和可動(dòng)框體相連接，用于支撐可動(dòng)框體；可動(dòng)框體，可動(dòng)框體由驅(qū)動(dòng)懸臂梁支撐于支撐框體中心，并設(shè)有可動(dòng)梳齒，在固定梳齒驅(qū)動(dòng)下可沿驅(qū)動(dòng)方向振動(dòng)；檢測(cè)懸臂梁，檢測(cè)懸臂梁與可動(dòng)框體和質(zhì)量塊相連接，用于支撐微陀螺儀質(zhì)量塊；
[0008]質(zhì)量塊，質(zhì)量塊通過檢測(cè)懸臂梁固定在可動(dòng)框體中間，隨可動(dòng)框體沿驅(qū)動(dòng)方向振動(dòng)，并相對(duì)于可動(dòng)框體沿檢測(cè)方向振動(dòng)，且質(zhì)量塊中心布置可動(dòng)納米光柵；[0009]激光光源，激光光源位于鍵合基板中心正下方，用于為納米光柵敏感結(jié)構(gòu)提供光源；
[0010]光電轉(zhuǎn)換器件，光電轉(zhuǎn)換器件位于質(zhì)量塊中心正上方，用于檢測(cè)透過納米光柵的光強(qiáng)，并將光強(qiáng)變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；
[0011]信號(hào)檢測(cè)模塊，信號(hào)檢測(cè)模塊最早將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為角速度信號(hào)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微機(jī)械陀螺儀，采用整體對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊合理，既能充分利用空間，又能抑制驅(qū)動(dòng)對(duì)檢測(cè)的影響，適合器件的自解耦和微型化。角速度的輸入將導(dǎo)致質(zhì)量塊在水平方向發(fā)生位移，鍵合基板上布置的固定納米光柵和質(zhì)量塊上布置的可動(dòng)納米光柵共同組成了位移敏感部件，質(zhì)量塊帶動(dòng)可動(dòng)納米光柵發(fā)生位移，導(dǎo)致柵距發(fā)生變化從而導(dǎo)致透射光強(qiáng)發(fā)生劇烈變化，該變化可以將微機(jī)械陀螺儀的靈敏度提高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。除以上特點(diǎn)外，該微陀螺應(yīng)用差分耦合的檢測(cè)輸出方式消除可動(dòng)納米光柵沿非敏感方向諧振導(dǎo)致的輸出噪聲，進(jìn)一步提高靈敏度與信噪比，且檢測(cè)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、可靠性好、抗電磁干擾能力強(qiáng)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述的固定納米光柵包括多個(gè)單光柵，沿水平方向均勻間隔排列，光柵的周期和厚度小于激光光波波長(zhǎng)，且固定納米光柵上表面與鍵合基板上表面相平。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述的墊襯框體為矩形中空框體，其厚度小于激光光波波長(zhǎng)，下表面與鍵合基板鍵和連接并且共同形成矩形凹槽。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述的固定梳齒和可動(dòng)梳齒位于可動(dòng)框體上下方向，分別與支撐框體和可動(dòng)框體相連接，在靜電力的作用下可驅(qū)動(dòng)可動(dòng)框體上下振動(dòng)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述的驅(qū)動(dòng)懸臂梁位于可動(dòng)框體左右兩側(cè)，檢測(cè)懸臂梁位于質(zhì)量塊的上下兩側(cè)，為隔離可動(dòng)框體和質(zhì)量塊在豎直方向的位移，驅(qū)動(dòng)懸臂梁和檢測(cè)懸臂梁的厚度均大于它們的寬度。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述的可動(dòng)納米光柵包括多個(gè)單光柵，沿水平方向均勻間隔排列，光柵的周期和厚度小于激光光波波長(zhǎng)，且可動(dòng)納米光柵下表面與質(zhì)量塊下表面相平。
[0018]同時(shí)，可動(dòng)納米光柵與所述固定納米光柵上下交叉排列，即可動(dòng)納米光柵的每個(gè)單光柵分別位于固定納米光柵兩單光柵組成的狹縫上方，可動(dòng)納米光柵與固定納米光柵共同構(gòu)成多個(gè)狹縫，狹縫間距小于激光光波波長(zhǎng)。
[0019]且可動(dòng)納米光柵的長(zhǎng)度小于固定納米光柵長(zhǎng)度。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述的激光光源和光電轉(zhuǎn)換器件分別位于鍵合基板中心的正下方與正上方，即激光光源發(fā)出的光波可通過固定光柵與可動(dòng)光柵照射到光電轉(zhuǎn)換器件，而光電轉(zhuǎn)換器件與信號(hào)檢測(cè)模塊相連接。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，陀螺儀整體結(jié)構(gòu)對(duì)稱，工作時(shí)兩質(zhì)量塊驅(qū)動(dòng)方向相對(duì)，即驅(qū)動(dòng)相位相差180°，當(dāng)有角速度輸入時(shí)，質(zhì)量塊敏感位移大小相等，方向相對(duì)，應(yīng)用差分耦合的檢測(cè)輸出方式消除可動(dòng)納米光柵沿非敏感方向諧振導(dǎo)致的輸出噪聲，進(jìn)一步提高靈敏度與信噪比。
[0022]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0023]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0024]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)的主視圖；
[0026]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的圖2的A-A剖面圖；
[0027]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的鍵合基板與墊襯框體結(jié)合體的平面結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)敏感原理示意圖；
[0029]圖6為本發(fā)明實(shí)施例的兩層納米光柵結(jié)構(gòu)剖視局部放大圖；
[0030]圖7為本發(fā)明實(shí)施例的檢測(cè)方式示意圖；
[0031]圖8為本發(fā)明實(shí)施例的檢測(cè)系統(tǒng)框圖。
[0032]圖中所示，附圖標(biāo)記清單如下:
[0033]1、鍵合基板，2、墊襯框體，3、支撐框體，4、驅(qū)動(dòng)懸臂梁，5、可動(dòng)框體，6、檢測(cè)懸臂梁，7、固定梳齒，8、可動(dòng)梳齒，9、質(zhì)量塊，10、可動(dòng)納米光柵，11、固定納米光柵，12、激光光源，13、光電轉(zhuǎn)換器件，14、信號(hào)檢測(cè)模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0035]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0036]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。
[0037]納米光柵陀螺儀主要可用水平可調(diào)和垂直可調(diào)兩種檢測(cè)方式，其核心敏感器件為納米光柵，周期接近或小于光波長(zhǎng)，基于近場(chǎng)光學(xué)耦合原理，屬矢量衍射理論。相比垂直可調(diào)陀螺儀方案，水平可調(diào)方案檢測(cè)靈敏度理論上要高出三個(gè)數(shù)量級(jí)。其基本原理為為:當(dāng)光在均勻介質(zhì)(如空氣)中傳播時(shí)，它表現(xiàn)為一系列沿傳播方向進(jìn)行的平面波。當(dāng)平面波遇到障礙時(shí)，它將因?yàn)檎系K物的影響而發(fā)生改變。如果障礙物是一個(gè)狹縫，狹縫周圍有兩個(gè)主要區(qū)域，即近場(chǎng)區(qū)域和遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域。如果障礙物包括多個(gè)狹縫，衍射出來的波是由各個(gè)狹縫相互作用得到的。當(dāng)狹縫的大小發(fā)生變化時(shí)，通過狹縫衍射出來的光強(qiáng)就會(huì)隨之發(fā)生改變。
[0038]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
[0039]如圖1-2所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的微機(jī)械陀螺儀，整體采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，包括:鍵合基板1，鍵合基板I中心布置有固定納米光柵11 ;墊襯框體2，墊襯框體2設(shè)在鍵合基板I上方并與鍵合基板I相連接；支撐框體3，支撐框體3設(shè)在墊襯框體2的上方并與墊襯框體2相連接，且支撐框體3設(shè)有固定梳齒7 ;驅(qū)動(dòng)懸臂梁4，驅(qū)動(dòng)懸臂梁4與支撐框體3和可動(dòng)框體5相連接，用于支撐可動(dòng)框體5 ;可動(dòng)框體5，可動(dòng)框體5由驅(qū)動(dòng)懸臂梁4支撐于支撐框體中心3，并設(shè)有可動(dòng)梳齒8，在固定梳齒7驅(qū)動(dòng)下可沿驅(qū)動(dòng)方向振動(dòng)；檢測(cè)懸臂梁6，檢測(cè)懸臂梁6與可動(dòng)框體5和質(zhì)量塊9相連接，用于支撐微陀螺儀的質(zhì)量塊9 ;質(zhì)量塊9，質(zhì)量塊9通過檢測(cè)懸臂梁6固定在可動(dòng)框體5中間，可隨可動(dòng)框5沿驅(qū)動(dòng)方向振動(dòng)，并可相對(duì)于可動(dòng)框體5沿檢測(cè)方向振動(dòng)，且質(zhì)量塊9中心布置可動(dòng)納米光柵10 ;激光光源12，激光光源12位于鍵合基板I中心正下方，用于為納米光柵敏感結(jié)構(gòu)提供光源；光電轉(zhuǎn)換器件13，光電轉(zhuǎn)換器件13位于質(zhì)量塊9中心正上方，用于檢測(cè)透過納米光柵的光強(qiáng)，并將光強(qiáng)變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；信號(hào)檢測(cè)模塊14，信號(hào)檢測(cè)模塊最早將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為角速度信號(hào)。
[0040]需要注意的是，所述的驅(qū)動(dòng)懸臂梁4共四根，其參數(shù)相同，分別位于可動(dòng)框體5左右兩側(cè)，檢測(cè)懸臂梁6共四根，其參數(shù)相同，分別位于質(zhì)量塊的上下兩側(cè)，為隔離可動(dòng)框體5和質(zhì)量塊9在豎直方向的位移，驅(qū)動(dòng)懸臂梁4和檢測(cè)懸臂梁6的厚度均大于它們的寬度。
[0041]所述的固定梳齒7和可動(dòng)梳齒8位于可動(dòng)框體5上下方向，分別與支撐框體3和可動(dòng)框體5相連接，在靜電力的作用下可驅(qū)動(dòng)可動(dòng)框體5上下振動(dòng)。
[0042]如圖2-4所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述的可動(dòng)納米光柵10包括多個(gè)單光柵，沿水平方向均勻間隔排列，光柵的周期和厚度小于激光光波波長(zhǎng)，且可動(dòng)納米光柵10下表面與質(zhì)量塊9下表面相平。其制作工藝可先從質(zhì)量塊下方刻蝕到預(yù)定厚度用離子束光刻方式制備。所述的固定納米光柵11包括多個(gè)單光柵，沿水平方向均勻間隔排列，光柵的周期和厚度小于激光光波波長(zhǎng)，且固定納米光柵11上表面與鍵合基板I上表面相平。其制作工藝可先從鍵合基板I下方刻蝕到預(yù)定厚度用離子束光刻方式制備。
[0043]所述的可動(dòng)納米光柵10與所述的固定納米光柵11上下交叉排列，即可動(dòng)納米光柵10的每個(gè)單光柵分別位于固定納米光柵11兩單光柵組成的狹縫上方，可動(dòng)納米光柵10與固定納米光柵11共同構(gòu)成多個(gè)狹縫，狹縫間距小于激光光波波長(zhǎng)。
[0044]需要說明的是，可動(dòng)納米光柵10的長(zhǎng)度小于固定納米光柵11長(zhǎng)度，以提供雙層納米光柵相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的非敏感方向，使納米光柵檢測(cè)可應(yīng)用于諧振式微機(jī)械陀螺儀。
[0045]如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述的墊襯框體2與鍵合基板I共同形成可為可動(dòng)框體5和敏感質(zhì)量塊9提供運(yùn)動(dòng)空間的矩形凹槽。需要說明的是，墊襯框體2的厚度應(yīng)小于激光光波波長(zhǎng)，同時(shí)，墊襯框體2可以不是必需的，也可以考慮先在鍵合基板I上刻蝕出一個(gè)矩形凹槽，然后再在此凹槽中制作固定納米光柵11，這樣矩形凹槽的提供體是一個(gè)整體而不再是組合體結(jié)構(gòu)。
[0046]如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，兩個(gè)敏感質(zhì)量塊9和可動(dòng)框體5可分別在各自固定梳齒7與可動(dòng)梳齒8的靜電驅(qū)動(dòng)力作用下，沿驅(qū)動(dòng)方向(Y軸方向)做線性簡(jiǎn)諧振動(dòng)，且兩質(zhì)量塊驅(qū)動(dòng)方向相對(duì)，即驅(qū)動(dòng)相位相差180°，當(dāng)陀螺儀在Z軸方向上有角速度輸入時(shí)，質(zhì)量塊9根據(jù)驅(qū)動(dòng)相位的不同，將分別受到沿X軸方正、負(fù)向大小相等的柯氏力的作用，產(chǎn)生柯氏加速度，質(zhì)量塊9將在檢測(cè)方向(X軸)上產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)同時(shí)帶動(dòng)可動(dòng)納米光柵10在檢測(cè)方向產(chǎn)生位移。
[0047]如圖6所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)有角速度輸入時(shí)，可動(dòng)納米光柵10在檢測(cè)方向產(chǎn)生位移，致使可動(dòng)光柵10相對(duì)與固定光柵11在敏感方向發(fā)生位移，即狹縫間距h發(fā)生變化。
[0048]如圖7-8所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，激光光源12的中心波長(zhǎng)范圍可以在600nm到850nm，激光光源12和光電轉(zhuǎn)換器件13分別位于固定納米光柵11中心的正下方與正上方，即激光光源12發(fā)出的光波可通過固定光柵11與可動(dòng)光柵10照射到電轉(zhuǎn)換器件13，而光電轉(zhuǎn)換器件13與信號(hào)檢測(cè)模塊14相連接，當(dāng)在有角速度輸入時(shí)，可動(dòng)光柵10相對(duì)與固定光柵11間狹縫間距h發(fā)生變化，用激光光源12照射納米光柵，h的變化將導(dǎo)致照射到納米光柵的輸入光的反射光和透射光的能量改變，即投射到光電轉(zhuǎn)換器件13的光強(qiáng)發(fā)生變化，狹縫間距h的變化將引起投射光強(qiáng)發(fā)生劇烈的變化。這樣就可把一個(gè)微弱的柯氏力信號(hào)轉(zhuǎn)化為一個(gè)較大的光學(xué)信號(hào)，通過光電轉(zhuǎn)換器件13即可將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電學(xué)信號(hào)，進(jìn)一步通過信號(hào)檢測(cè)模塊14，通過應(yīng)用差分耦合的檢測(cè)輸出方式消除可動(dòng)納米光柵沿非敏感方向諧振導(dǎo)致的輸出噪聲，進(jìn)一步提高靈敏度與信噪比，最終獲可得角速度的大小。需要說明的是，投射光亦可通過光纖引出檢測(cè)，則可能不必設(shè)置信號(hào)檢測(cè)模塊14。
[0049]在本說明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示意性實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0050]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于納米光柵檢測(cè)的新型陀螺儀，其特性在于，包括: 鍵合基板(1)，鍵合基板(I)中心布置有固定納米光柵(11); 墊襯框體(2 )，墊襯框體(2 )設(shè)在鍵合基板(I)上方并與鍵合基板(I)相連接； 支撐框體(3 )，支撐框體(3 )設(shè)在墊襯框體(2 )的上方并與墊襯框體(2 )相連接，且支撐框體(3)設(shè)有固定梳齒(7)； 驅(qū)動(dòng)懸臂梁(4 )，驅(qū)動(dòng)懸臂梁(4 )與支撐框體(3 )和可動(dòng)框體(5 )相連接，用于支撐可動(dòng)框體(5)； 可動(dòng)框體(5 )，可動(dòng)框體(5 )由驅(qū)動(dòng)懸臂梁(4 )支撐于支撐框體中心(3 )，并設(shè)有可動(dòng)梳齒(8 )，在固定梳齒(7 )驅(qū)動(dòng)下可沿驅(qū)動(dòng)方向振動(dòng)； 檢測(cè)懸臂梁(6)，檢測(cè)懸臂梁(6)與可動(dòng)框體(5)和質(zhì)量塊(9)相連接，用于支撐微陀螺儀質(zhì)量塊(9)； 質(zhì)量塊(9 )，質(zhì)量塊(9 )通過檢測(cè)懸臂梁(6 )固定在可動(dòng)框體(5 )中間，隨可動(dòng)框體(5 )沿驅(qū)動(dòng)方向振動(dòng)，并相對(duì)于可動(dòng)框體(5 )沿檢測(cè)方向振動(dòng)，且質(zhì)量塊(9 )中心布置可動(dòng)納米光柵(10)； 激光光源(12)，激 光光源(12)位于鍵合基板(I)中心正下方，用于為納米光柵敏感結(jié)構(gòu)提供光源； 光電轉(zhuǎn)換器件(13)，光電轉(zhuǎn)換器件(13)位于質(zhì)量塊(9)中心正上方，用于檢測(cè)透過納米光柵的光強(qiáng)，并將光強(qiáng)變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)； 信號(hào)檢測(cè)模塊(14)，信號(hào)檢測(cè)模塊最早將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為角速度信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型陀螺儀，其特征在于，所述的固定納米光柵(11)包括多個(gè)單光柵，沿水平方向均勻間隔排列，光柵的周期和厚度小于激光光波波長(zhǎng)，且所述固定納米光柵(11)上表面與鍵合基板(I)上表面相平。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型陀螺儀，其特征在于，所述的墊襯框體(2)為矩形中空框體，其厚度小于激光光波波長(zhǎng)，其下表面與鍵合基板(I)鍵和連接并且共同形成矩形凹槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型陀螺儀，其特征在于，所述的固定梳齒(7)和可動(dòng)梳齒(8 )位于可動(dòng)框體(5 )上下方向，分別與支撐框體(3 )和可動(dòng)框體(5 )相連接，在靜電力的作用下可驅(qū)動(dòng)可動(dòng)框體(5)上下振動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型陀螺儀，其特征在于，所述的驅(qū)動(dòng)懸臂梁(4)位于可動(dòng)框體(5 )左右兩側(cè)，檢測(cè)懸臂梁(6 )位于質(zhì)量塊(9 )的上下兩側(cè)，為隔離可動(dòng)框體(5 )和質(zhì)量塊(9 )在豎直方向的位移，驅(qū)動(dòng)懸臂梁(4 )和檢測(cè)懸臂梁(6 )的厚度均大于它們的寬度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型陀螺儀，其特征在于，所述的可動(dòng)納米光柵(10)包括多個(gè)單光柵，沿水平方向均勻間隔排列，光柵的周期和厚度小于激光光波波長(zhǎng)，且可動(dòng)納米光柵(10)下表面與質(zhì)量塊(9)下表面相平， 同時(shí)，可動(dòng)納米光柵(10)與所述固定納米光柵(11)上下交叉排列，即可動(dòng)納米光柵(10)的每個(gè)單光柵分別位于固定納米光柵(11)兩單光柵組成的狹縫上方，可動(dòng)納米光柵(10)與固定納米光柵(11)共同構(gòu)成多個(gè)狹縫，狹縫間距小于激光光波波長(zhǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型陀螺儀，其特征在于，可動(dòng)納米光柵(10)的長(zhǎng)度小于固定納米光柵(11)長(zhǎng)度，以提供雙層納米光柵相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的非敏感方向，使納米光柵檢測(cè)應(yīng)用于諧振式微機(jī)械陀螺儀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型陀螺儀，其特征在于，所述的激光光源(12)和光電轉(zhuǎn)換器件(13)分別位于鍵合基板(I)中心的正下方與正上方，即激光光源(12)發(fā)出的光波可通過固定光柵(11)與可動(dòng)光柵(10 )照射到光電轉(zhuǎn)換器件(13 )，而光電轉(zhuǎn)換器件與信號(hào)檢測(cè)模塊相 連接。
【文檔編號(hào)】G01C19/5726GK203605948SQ201320697940
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】李孟委, 王莉, 朱京, 白曉曉, 王琪, 禇偉航, 劉俊 申請(qǐng)人:中北大學(xué)