本發明涉及硅微環形振動陀螺，具體是一種全對稱折疊彈性梁硅微環形振動陀螺諧振子結構。

背景技術：

硅微環形振動陀螺是基于科里奧利效應的一種角運動敏感裝置，具有體積小、質量輕、功耗低、壽命長、可批量生產、價格便宜等優點，廣泛應用于武器制導、航空航天、生物醫學、消費品電子等領域，具有極其廣泛的應用前景。硅微環形振動陀螺的具體工作原理如下：當沒有角速度輸入時，硅微環形振動陀螺的諧振子在驅動模態下工作， 硅微環形振動陀螺的輸出為零。當有角速度輸入時，硅微環形振動陀螺的諧振子在檢測模態下工作，硅微環形振動陀螺實時測出輸入角速度。然而實踐表明，現有硅微環形振動陀螺由于其諧振子的幾何結構所限，普遍存在靈敏度低的問題。為此有必要發明一種全新的諧振子結構，以解決現有硅微環形振動陀螺靈敏度低的問題。

技術實現要素：

本發明為了解決現有硅微環形振動陀螺靈敏度低的問題，提供了一種全對稱折疊彈性梁硅微環形振動陀螺諧振子結構。

本發明是采用如下技術方案實現的：

一種全對稱折疊彈性梁硅微環形振動陀螺諧振子結構，包括圓環狀諧振質量、圓柱狀中心錨點、輪輻狀彈性支撐懸梁；

其中，圓柱狀中心錨點位于圓環狀諧振質量的內腔，且圓柱狀中心錨點的軸線與圓環狀諧振質量的軸線相互重合；輪輻狀彈性支撐懸梁的數目為八個，且八個輪輻狀彈性支撐懸梁圍繞圓柱狀中心錨點的軸線等距排列；

每個輪輻狀彈性支撐懸梁均由第一片狀彈性支撐懸梁、第二片狀彈性支撐懸梁、第一方波狀彈性支撐懸梁、第二方波狀彈性支撐懸梁、第三片狀彈性支撐懸梁、第四片狀彈性支撐懸梁構成；第一片狀彈性支撐懸梁的尾端和第二片狀彈性支撐懸梁的尾端均與圓柱狀中心錨點的外側面固定；第一片狀彈性支撐懸梁和第二片狀彈性支撐懸梁并排平行設置，且第一片狀彈性支撐懸梁和第二片狀彈性支撐懸梁之間留有間隙；第一方波狀彈性支撐懸梁的尾端與第一片狀彈性支撐懸梁的首端固定；第二方波狀彈性支撐懸梁的尾端與第二片狀彈性支撐懸梁的首端固定；第一方波狀彈性支撐懸梁和第二方波狀彈性支撐懸梁共同圍合形成工字形空間；第三片狀彈性支撐懸梁的尾端與第一方波狀彈性支撐懸梁的首端固定；第四片狀彈性支撐懸梁的尾端與第二方波狀彈性支撐懸梁的首端固定；第三片狀彈性支撐懸梁和第四片狀彈性支撐懸梁并排平行設置，且第三片狀彈性支撐懸梁和第四片狀彈性支撐懸梁之間留有間隙；第三片狀彈性支撐懸梁的首端和第四片狀彈性支撐懸梁的首端均與圓環狀諧振質量的內側面固定。

工作時，圓柱狀中心錨點的下端面與硅微環形振動陀螺的玻璃基底鍵合。圓環狀諧振質量的外側面設有八個中心角為40度的弧形電極，八個弧形電極同樣與硅微環形振動陀螺的玻璃基底鍵合，且八個弧形電極的位置與八個輪輻狀彈性支撐懸梁的位置一一對應。其中四個弧形電極作為驅動電極，另外四個弧形電極作為檢測電極，且四個驅動電極和四個檢測電極交錯排列。本發明在控制系統的作用下維持環向波數為2的四波腹振動。具體工作過程如下：當沒有角速度輸入時，本發明在四個驅動電極的激勵下，以驅動模態作面內四波腹彎曲振動（如圖3所示），此時四個檢測電極位于四波腹彎曲振動的波節處，硅微環形振動陀螺的輸出為零。當有角速度輸入時，本發明在哥氏力耦合作用下，以檢測模態作面內四波腹彎曲振動（如圖4所示），此時四個檢測電極位于四波腹彎曲振動的波腹處，且振動幅度與輸入角速度相關，硅微環形振動陀螺實時測出輸入角速度。

基于上述過程，本發明所述的一種全對稱折疊彈性梁硅微環形振動陀螺諧振子結構通過采用全對稱折疊彈性梁結構，具備了如下優點：其一，本發明在兩個工作模態（驅動模態和檢測模態）下的諧振質量相等，由此一方面使得兩個工作模態（驅動模態和檢測模態）的諧振頻率匹配更容易，另一方面實現了兩個工作模態（驅動模態和檢測模態）的阻尼自然匹配。其二，本發明的諧振結構為一個整體，由此使得硅微環形振動陀螺的抗沖擊能力大幅提高。因此，本發明大大降低了因工藝誤差和環境溫度變化引起的漂移，從而有效提高了硅微環形振動陀螺的靈敏度。

本發明結構合理、設計巧妙，有效解決了現有硅微環形振動陀螺靈敏度低的問題，適用于武器制導、航空航天、生物醫學、消費品電子等領域。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是本發明中輪輻狀彈性支撐懸梁的結構示意圖。

圖3是本發明在驅動模態下的振型示意圖。

圖4是本發明在檢測模態下的振型示意圖。

圖中：1-圓環狀諧振質量，2-圓柱狀中心錨點，3-輪輻狀彈性支撐懸梁，31-第一片狀彈性支撐懸梁，32-第二片狀彈性支撐懸梁，33-第一方波狀彈性支撐懸梁，34-第二方波狀彈性支撐懸梁，35-第三片狀彈性支撐懸梁，36-第四片狀彈性支撐懸梁。

具體實施方式

一種全對稱折疊彈性梁硅微環形振動陀螺諧振子結構，包括圓環狀諧振質量1、圓柱狀中心錨點2、輪輻狀彈性支撐懸梁3；

其中，圓柱狀中心錨點2位于圓環狀諧振質量1的內腔，且圓柱狀中心錨點2的軸線與圓環狀諧振質量1的軸線相互重合；輪輻狀彈性支撐懸梁3的數目為八個，且八個輪輻狀彈性支撐懸梁3圍繞圓柱狀中心錨點2的軸線等距排列；

每個輪輻狀彈性支撐懸梁3均由第一片狀彈性支撐懸梁31、第二片狀彈性支撐懸梁32、第一方波狀彈性支撐懸梁33、第二方波狀彈性支撐懸梁34、第三片狀彈性支撐懸梁35、第四片狀彈性支撐懸梁36構成；第一片狀彈性支撐懸梁31的尾端和第二片狀彈性支撐懸梁32的尾端均與圓柱狀中心錨點2的外側面固定；第一片狀彈性支撐懸梁31和第二片狀彈性支撐懸梁32并排平行設置，且第一片狀彈性支撐懸梁31和第二片狀彈性支撐懸梁32之間留有間隙；第一方波狀彈性支撐懸梁33的尾端與第一片狀彈性支撐懸梁31的首端固定；第二方波狀彈性支撐懸梁34的尾端與第二片狀彈性支撐懸梁32的首端固定；第一方波狀彈性支撐懸梁33和第二方波狀彈性支撐懸梁34共同圍合形成工字形空間；第三片狀彈性支撐懸梁35的尾端與第一方波狀彈性支撐懸梁33的首端固定；第四片狀彈性支撐懸梁36的尾端與第二方波狀彈性支撐懸梁34的首端固定；第三片狀彈性支撐懸梁35和第四片狀彈性支撐懸梁36并排平行設置，且第三片狀彈性支撐懸梁35和第四片狀彈性支撐懸梁36之間留有間隙；第三片狀彈性支撐懸梁35的首端和第四片狀彈性支撐懸梁36的首端均與圓環狀諧振質量1的內側面固定。

具體實施時，八個輪輻狀彈性支撐懸梁3的尺寸一致，且八個輪輻狀彈性支撐懸梁3的高度均與圓環狀諧振質量1的高度相等。圓環狀諧振質量1、圓柱狀中心錨點2、八個輪輻狀彈性支撐懸梁3均采用低阻硅片加工而成，且圓環狀諧振質量1、圓柱狀中心錨點2、八個輪輻狀彈性支撐懸梁3采用體硅加工工藝制造為一體。