硅微型陀螺仪

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1、硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪硅微型振动陀螺仪在工作时，用微幅振动代替高速旋转 硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪的工作原理： 结构图如图所示:t嗇机械部分由基座，提供驱动力的定齿，动齿，活动质量和连接活动质量的弹簧，固定弹簧的 固定端组成。固定端和定齿都固定在基座上，活动质量由弹簧连接在固定端上。动齿固定在 活动质量上。该陀螺仪采用静电驱动技术，给固定在基座上的定齿梳状电极上加载带直流偏 执的交流电压，活动质量上的动齿接地。这样动、静齿间便产生大小和方向周期性变化的静 电吸引力，使整个活动质量和动齿一起在两定齿之间来回振动，此时若基座在惯性空间中作 转动，由于哥氏力的作用，活动质量将在垂直于基座的方

2、向上振动，这样就可敏感基座相对 于惯性空间转动的角速度。建坐标系：取将动作标系固连在硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪的基座上，取动作标系的原 点为活动质量质心的平衡位置，x轴为静电驱动力的方向，z轴为与基座垂直的方向，y轴由 右手规则确定。（1）只做 x 轴方向的转动时的结论：1.该方向上的角速度不能测量；2.随着静电引力的振动频率的增大，活动质量的振动的振幅 会大大减小，该陀螺仪的灵敏度会降低。3.x轴方向的角速度不能大于根号内K/m，否则陀 螺仪将被损坏。陀螺仪损坏的临界值随尺寸的降低而迅速增加。（2）只做z轴方向的转动时的结论：不能测量该方向上的角速度。（3）陀螺仪的基座在y轴方向的转动角速

3、度近似地与活动质量在z轴方向的这一振动频率 为e的振动的振幅成正比。比例系数为26/（mw3） 小结：该陀螺仪对y轴方向的角速度最敏感，即应当它作为输入量，把y轴作为输入轴。而 对其影响最强烈的是活动质量在z轴方向频率为w的振动的振幅，它可以作为输出量。而静电引力的振动频率充分大时，该输出量与输入量接近于正比关系。总结：1.单轴角速度计；2.y轴方向上的角速度旋转与z轴的某固定频率振动下的振幅成正 比。振动轮式微机械陀螺仪振动轮式微机械陀螺仪的结构示意图如图SSS固定梳状G 拄图3结构示意圏yb（y.）外框架聽和轮播性釉A.、J 外框架由挠性轴与驱动轮连接，它相对于驱动轮只能作沿挠性轴方向（即

4、yw方向）的转动，其转 动角用0来表示”如图：%)图3. 2外框架相对驱动轮的偏转驱动轮由支柱与基座连接，它相对于基座只能作支柱方向（即zb方向）的转动其转动角用e来表 示,如图图3外框架与驱勒相对基座的偏转振动轮式微机械陀螺仪采用静电驱动技术,给固定在基座上的固定梳状电极上加载带直流偏 置的交流电压,驱动轮上的动齿接地。这样动、静齿间便产生大小周期性变化的静电吸力,使 整个驱动轮绕其中心轴（即支柱）来回振动,并带动外框架一起振动,此时若基座相对惯性空间 有一定角速度的转动,它将通过支柱和挠性轴给驱动轮和框架施加力矩,这样由于哥氏力矩的 作用框架将相对于驱动轮作挠性轴方向的角振动。通过测量这一

5、角振动的幅度就可敏感基座 相对惯性空间转动的角速度。取基座坐标系与基座相固连,取支柱向上的方向为 zb 的正向,取挠性轴的平衡位置为基座 yb 轴方向，而xb轴由右手规则确定。（只能测量x轴方向的旋转角速度） 音叉式（梳状）线振动硅微陀螺仪音叉式（梳状）线振动硅微陀螺仪的基本结构如图它主要由两边驱动器、中间驱动器、检测质量和连接检测质量的挠性支撑组成。两边驱 动器和中间驱动器固定在基座上,检测质量由挠性支撑与框架连接在一起，再由挠性弹簧片 与基座相连。由于挠性支撑和挠性弹簧片的特殊结构使得检测质量只能做X轴方向的线运动 和沿Y轴方向的转动。为增加驱动器的工作效率，在两边驱动器和中间驱动器上都加

6、装了静 齿,而在平板型的检测质量上加装了动齿。当音叉式（梳状）线振动硅微陀螺仪工作时,给两边驱动器和中间驱动器的静齿上加载带 直流偏置的交流电压,检测质量上的动齿接地。这样在动、静齿之间便产生大小和方向做周 期性变化的静电吸引力,使检测质量和动齿一起在两边驱动器和中间驱动器之间来回振动,并 带动框架和挠性支撑等一起振动。由于两边驱动器的静齿上的电位总是相同的,中间驱动器 的静齿上的电位也总是与边驱动器的电位反向,所以两检测质量和其上的动齿总是做相向和 相背的交替振动且关于Y轴总是对称的。如果这时陀螺仪的基座在惯性空间中转动（在y 轴方向上），由于哥氏力的作用，两检测质量和其上的动齿将受到大小相

7、等但方向相反的交 变哥氏力。从而使得检测质量、动齿和挠性支撑一起沿Y轴方向做角振动，如下图。这时检测质量、动齿、框架和挠性支撑等将总是保持在同一个平面内。这样就可以通过 测量这一角振动的幅度来获得陀螺仪的基座在惯性空间中转动的信息。Y轴为敏感轴，当陀螺仪只做y轴方向的转动，并且静电引力的振动频率充分大时，基座 在惯性空间所做y轴方向的转动的角速度近似地与框架相对于基座在Y轴方向的转动角的运 动中振动频率与静电引力的振动频率相同的振动的振幅成正比。当音叉式（梳状）线振动硅微陀螺仪在惯性空间中只做y轴方向的匀速转动时，最能反映 转动的角速度丁的量,是框架相对于基座在YJ即YJ轴方向的转动角8（t）的运动中振动频率 与静电引力的振动频率相同的振动部分。当基座在惯性空间中只做在与陀螺仪的基座固连的 动坐标系（基座坐标系）的y轴方向的转动，并且静电引力的振动频率充分大时，它在y轴方向的 转动的角速度近似地与框架相对于基座在呂（即YJ轴方向的转动角8（t）的运动中振动频率 与静电引力的振动频率相同的振动的振幅成正比,比例系数为2M FX/ + / Me 3X Z