[发明专利]一种单片集成z轴冗余的三轴陀螺结构阵列

摘要

本发明涉及三轴陀螺仪，具体是一种单片集成z轴冗余的三轴陀螺结构阵列。本发明解决了现有三轴陀螺仪测量精度低、生产成本高的问题。一种单片集成z轴冗余的三轴陀螺结构阵列包括玻璃基底、第一正方形框架、第一驱动模块、x轴检测模块、第一z轴检测模块、第一驱动检测模块、第二正方形框架、第二驱动模块、y轴检测模块、第二z轴检测模块、第二驱动检测模块；所述第一驱动模块包括左纵向条形可动驱动极板、右纵向条形可动驱动极板、两个左锚块、两个右锚块、两根左方波形弹性支撑悬梁、两根右方波形弹性支撑悬梁、八对左固定驱动极板、八对右固定驱动极板、左一弹性解耦悬梁、右一弹性解耦悬梁。本发明适用于军事导航、深空探测等高精尖领域。

主权项

1.一种单片集成z轴冗余的三轴陀螺结构阵列，其特征在于：包括玻璃基底（1）、第一正方形框架（2）、第一驱动模块、x轴检测模块、第一z轴检测模块、第一驱动检测模块、第二正方形框架（7）、第二驱动模块、y轴检测模块、第二z轴检测模块、第二驱动检测模块；第一正方形框架（2）位于玻璃基底（1）的上方，且第一正方形框架（2）的四边均与玻璃基底（1）平行；第一正方形框架（2）的下表面与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；所述第一驱动模块包括左纵向条形可动驱动极板（301a）、右纵向条形可动驱动极板（301b）、两个左锚块（302a）、两个右锚块（302b）、两根左方波形弹性支撑悬梁（303a）、两根右方波形弹性支撑悬梁（303b）、八对左固定驱动极板（304a）、八对右固定驱动极板（304b）、左一弹性解耦悬梁（305a）、右一弹性解耦悬梁（305b）；左纵向条形可动驱动极板（301a）和右纵向条形可动驱动极板（301b）对称分布于第一正方形框架（2）的内腔左部和内腔右部，且左纵向条形可动驱动极板（301a）和右纵向条形可动驱动极板（301b）均与玻璃基底（1）平行；左纵向条形可动驱动极板（301a）的下表面和右纵向条形可动驱动极板（301b）的下表面均与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；左纵向条形可动驱动极板（301a）的表面开设有八个上下贯通的左矩形驱动孔，且八个左矩形驱动孔由前向后等距排列；右纵向条形可动驱动极板（301b）的表面开设有八个上下贯通的右矩形驱动孔，且八个右矩形驱动孔由前向后等距排列；两个左锚块（302a）均固定于玻璃基底（1）的上表面，且两个左锚块（302a）对称分布于第一正方形框架（2）的内腔左前角和内腔左后角；两个右锚块（302b）均固定于玻璃基底（1）的上表面，且两个右锚块（302b）对称分布于第一正方形框架（2）的内腔右前角和内腔右后角；两根左方波形弹性支撑悬梁（303a）的首端面分别与左纵向条形可动驱动极板（301a）的前端面和后端面固定；两根左方波形弹性支撑悬梁（303a）的尾端分别通过两个左锚块（302a）与玻璃基底（1）的上表面固定；两根右方波形弹性支撑悬梁（303b）的首端面分别与右纵向条形可动驱动极板（301b）的前端面和后端面固定；两根右方波形弹性支撑悬梁（303b）的尾端分别通过两个右锚块（302b）与玻璃基底（1）的上表面固定；八对左固定驱动极板（304a）均垂直固定于玻璃基底（1）的上表面，且八对左固定驱动极板（304a）一一对应地对称分布于八个左矩形驱动孔的内腔前部和内腔后部；八对左固定驱动极板（304a）和左纵向条形可动驱动极板（301a）构成变间距式静电力驱动电容；八对右固定驱动极板（304b）均垂直固定于玻璃基底（1）的上表面，且八对右固定驱动极板（304b）一一对应地对称分布于八个右矩形驱动孔的内腔前部和内腔后部；八对右固定驱动极板（304b）和右纵向条形可动驱动极板（301b）构成变间距式静电力驱动电容；左一弹性解耦悬梁（305a）包括左一U形弹性解耦悬梁段、左二U形弹性解耦悬梁段、左直形弹性解耦悬梁段；左一U形弹性解耦悬梁段的两端分别垂直固定于第一正方形框架（2）的左内侧面前部和左内侧面后部；左二U形弹性解耦悬梁段的两端分别垂直固定于左纵向条形可动驱动极板（301a）的左端面前部和左端面后部；左直形弹性解耦悬梁段的两端分别垂直固定于左一U形弹性解耦悬梁段的底边中部和左二U形弹性解耦悬梁段的底边中部；右一弹性解耦悬梁（305b）包括右一U形弹性解耦悬梁段、右二U形弹性解耦悬梁段、右直形弹性解耦悬梁段；右一U形弹性解耦悬梁段的两端分别垂直固定于第一正方形框架（2）的右内侧面前部和右内侧面后部；右二U形弹性解耦悬梁段的两端分别垂直固定于右纵向条形可动驱动极板（301b）的右端面前部和右端面后部；右直形弹性解耦悬梁段的两端分别垂直固定于右一U形弹性解耦悬梁段的底边中部和右二U形弹性解耦悬梁段的底边中部；所述x轴检测模块包括纵向条形x轴检测板（401）、四个x轴检测梳齿（402）、左二弹性解耦悬梁（403a）、右二弹性解耦悬梁（403b）；纵向条形x轴检测板（401）位于第一正方形框架（2）的内腔中部，且纵向条形x轴检测板（401）与玻璃基底（1）平行；纵向条形x轴检测板（401）的下表面与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；纵向条形x轴检测板（401）的表面开设有四个上下贯通的纵向条形检测孔，且四个纵向条形检测孔由左向右等距排列；四个x轴检测梳齿（402）均垂直固定于玻璃基底（1）的上表面，且四个x轴检测梳齿（402）一一对应地位于四个纵向条形检测孔的内腔中部；四个x轴检测梳齿（402）的上端面均低于纵向条形x轴检测板（401）的上表面，且四个x轴检测梳齿（402）和纵向条形x轴检测板（401）构成变面积式电容检测；左二弹性解耦悬梁（403a）包括左矩形连接板、两个左连接块、两根左一L形弹性解耦悬梁段、两根左二L形弹性解耦悬梁段；左矩形连接板位于左纵向条形可动驱动极板（301a）的右端面和纵向条形x轴检测板（401）的左端面之间，且左矩形连接板与玻璃基底（1）平行；左矩形连接板的下表面与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；两个左连接块分别固定于纵向条形x轴检测板（401）的左端面前部和左端面后部；两根左一L形弹性解耦悬梁段的首端分别垂直固定于左纵向条形可动驱动极板（301a）的右端面前部和右端面后部；两根左一L形弹性解耦悬梁段的尾端分别垂直固定于左矩形连接板的前端面左部和后端面左部；两根左二L形弹性解耦悬梁段的首端分别通过两个左连接块与纵向条形x轴检测板（401）的左端面前部和左端面后部固定；两根左二L形弹性解耦悬梁段的尾端分别垂直固定于左矩形连接板的前端面右部和后端面右部；右二弹性解耦悬梁（403b）包括右矩形连接板、两个右连接块、两根右一L形弹性解耦悬梁段、两根右二L形弹性解耦悬梁段；右矩形连接板位于右纵向条形可动驱动极板（301b）的左端面和纵向条形x轴检测板（401）的右端面之间，且右矩形连接板与玻璃基底（1）平行；右矩形连接板的下表面与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；两个右连接块分别固定于纵向条形x轴检测板（401）的右端面前部和右端面后部；两根右一L形弹性解耦悬梁段的首端分别垂直固定于右纵向条形可动驱动极板（301b）的左端面前部和左端面后部；两根右一L形弹性解耦悬梁段的尾端分别垂直固定于右矩形连接板的前端面右部和后端面右部；两根右二L形弹性解耦悬梁段的首端分别通过两个右连接块与纵向条形x轴检测板（401）的右端面前部和右端面后部固定；两根右二L形弹性解耦悬梁段的尾端分别垂直固定于右矩形连接板的前端面左部和后端面左部；所述第一z轴检测模块包括八个前可动z轴检测梳齿（501a）、八个后可动z轴检测梳齿（501b）、八对前固定z轴检测梳齿（502a）、八对后固定z轴检测梳齿（502b）；八个前可动z轴检测梳齿（501a）均垂直固定于第一正方形框架（2）的前外侧面，且八个前可动z轴检测梳齿（501a）由左向右等距排列；八个前可动z轴检测梳齿（501a）的下端面均与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；八个后可动z轴检测梳齿（501b）均垂直固定于第一正方形框架（2）的后外侧面，且八个后可动z轴检测梳齿（501b）由左向右等距排列；八个后可动z轴检测梳齿（501b）的下端面均与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；八对前固定z轴检测梳齿（502a）均垂直固定于玻璃基底（1）的上表面；八对前固定z轴检测梳齿（502a）一一对应地对称分布于八个前可动z轴检测梳齿（501a）的两侧，且八对前固定z轴检测梳齿（502a）和八个前可动z轴检测梳齿（501a）一一对应地构成差动式变间距电容检测；八对后固定z轴检测梳齿（502b）均垂直固定于玻璃基底（1）的上表面；八对后固定z轴检测梳齿（502b）一一对应地对称分布于八个后可动z轴检测梳齿（501b）的两侧，且八对后固定z轴检测梳齿（502b）和八个后可动z轴检测梳齿（501b）一一对应地构成差动式变间距电容检测；所述第一驱动检测模块包括八个左可动驱动检测梳齿（601a）、八个右可动驱动检测梳齿（601b）、八对左固定驱动检测梳齿（602a）、八对右固定驱动检测梳齿（602b）；八个左可动驱动检测梳齿（601a）均垂直固定于第一正方形框架（2）的左外侧面，且八个左可动驱动检测梳齿（601a）由前向后等距排列；八个左可动驱动检测梳齿（601a）的下端面均与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；八个右可动驱动检测梳齿（601b）均垂直固定于第一正方形框架（2）的右外侧面，且八个右可动驱动检测梳齿（601b）由前向后等距排列；八个右可动驱动检测梳齿（601b）的下端面均与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；八对左固定驱动检测梳齿（602a）均垂直固定于玻璃基底（1）的上表面；八对左固定驱动检测梳齿（602a）一一对应地对称分布于八个左可动驱动检测梳齿（601a）的两侧，且八对左固定驱动检测梳齿（602a）和八个左可动驱动检测梳齿（601a）一一对应地构成差动式变间距电容检测；八对右固定驱动检测梳齿（602b）均垂直固定于玻璃基底（1）的上表面；八对右固定驱动检测梳齿（602b）一一对应地对称分布于八个右可动驱动检测梳齿（601b）的两侧，且八对右固定驱动检测梳齿（602b）和八个右可动驱动检测梳齿（601b）一一对应地构成差动式变间距电容检测；第二正方形框架（7）位于玻璃基底（1）的上方，且第二正方形框架（7）的四边均与玻璃基底（1）平行；第二正方形框架（7）的下表面与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；所述第二驱动模块包括前横向条形可动驱动极板（801a）、后横向条形可动驱动极板（801b）、两个前锚块（802a）、两个后锚块（802b）、两根前方波形弹性支撑悬梁（803a）、两根后方波形弹性支撑悬梁（803b）、八对前固定驱动极板（804a）、八对后固定驱动极板（804b）、前一弹性解耦悬梁（805a）、后一弹性解耦悬梁（805b）；前横向条形可动驱动极板（801a）和后横向条形可动驱动极板（801b）对称分布于第二正方形框架（7）的内腔前部和内腔后部，且前横向条形可动驱动极板（801a）和后横向条形可动驱动极板（801b）均与玻璃基底（1）平行；前横向条形可动驱动极板（801a）的下表面和后横向条形可动驱动极板（801b）的下表面均与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；前横向条形可动驱动极板（801a）的表面开设有八个上下贯通的前矩形驱动孔，且八个前矩形驱动孔由左向右等距排列；后横向条形可动驱动极板（801b）的表面开设有八个上下贯通的后矩形驱动孔，且八个后矩形驱动孔由左向右等距排列；两个前锚块（802a）均固定于玻璃基底（1）的上表面，且两个前锚块（802a）对称分布于第二正方形框架（7）的内腔左前角和内腔右前角；两个后锚块（802b）均固定于玻璃基底（1）的上表面，且两个后锚块（802b）对称分布于第二正方形框架（7）的内腔左后角和内腔右后角；两根前方波形弹性支撑悬梁（803a）的首端面分别与前横向条形可动驱动极板（801a）的左端面和右端面固定；两根前方波形弹性支撑悬梁（803a）的尾端分别通过两个前锚块（802a）与玻璃基底（1）的上表面固定；两根后方波形弹性支撑悬梁（803b）的首端面分别与后横向条形可动驱动极板（801b）的左端面和右端面固定；两根后方波形弹性支撑悬梁（803b）的尾端分别通过两个后锚块（802b）与玻璃基底（1）的上表面固定；八对前固定驱动极板（804a）均垂直固定于玻璃基底（1）的上表面，且八对前固定驱动极板（804a）一一对应地对称分布于八个前矩形驱动孔的内腔左部和内腔右部；八对前固定驱动极板（804a）和前横向条形可动驱动极板（801a）构成变间距式静电力驱动电容；八对后固定驱动极板（804b）均垂直固定于玻璃基底（1）的上表面，且八对后固定驱动极板（804b）一一对应地对称分布于八个后矩形驱动孔的内腔左部和内腔右部；八对后固定驱动极板（804b）和后横向条形可动驱动极板（801b）构成变间距式静电力驱动电容；前一弹性解耦悬梁（805a）包括前一U形弹性解耦悬梁段、前二U形弹性解耦悬梁段、前直形弹性解耦悬梁段；前一U形弹性解耦悬梁段的两端分别垂直固定于第二正方形框架（7）的前内侧面左部和前内侧面右部；前二U形弹性解耦悬梁段的两端分别垂直固定于前横向条形可动驱动极板（801a）的前端面左部和前端面右部；前直形弹性解耦悬梁段的两端分别垂直固定于前一U形弹性解耦悬梁段的底边中部和前二U形弹性解耦悬梁段的底边中部；后一弹性解耦悬梁（805b）包括后一U形弹性解耦悬梁段、后二U形弹性解耦悬梁段、后直形弹性解耦悬梁段；后一U形弹性解耦悬梁段的两端分别垂直固定于第二正方形框架（7）的后内侧面左部和后内侧面右部；后二U形弹性解耦悬梁段的两端分别垂直固定于后横向条形可动驱动极板（801b）的后端面左部和后端面右部；后直形弹性解耦悬梁段的两端分别垂直固定于后一U形弹性解耦悬梁段的底边中部和后二U形弹性解耦悬梁段的底边中部；所述y轴检测模块包括横向条形y轴检测板（901）、四个y轴检测梳齿（902）、前二弹性解耦悬梁（903a）、后二弹性解耦悬梁（903b）；横向条形y轴检测板（901）位于第二正方形框架（7）的内腔中部，且横向条形y轴检测板（901）与玻璃基底（1）平行；横向条形y轴检测板（901）的下表面与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；横向条形y轴检测板（901）的表面开设有四个上下贯通的横向条形检测孔，且四个横向条形检测孔由前向后等距排列；四个y轴检测梳齿（902）均垂直固定于玻璃基底（1）的上表面，且四个y轴检测梳齿（902）一一对应地位于四个横向条形检测孔的内腔中部；四个y轴检测梳齿（902）的上端面均低于横向条形y轴检测板（901）的上表面，且四个y轴检测梳齿（902）和横向条形y轴检测板（901）构成变面积式电容检测；前二弹性解耦悬梁（903a）包括前矩形连接板、两个前连接块、两根前一L形弹性解耦悬梁段、两根前二L形弹性解耦悬梁段；前矩形连接板位于前横向条形可动驱动极板（801a）的后端面和横向条形y轴检测板（901）的前端面之间，且前矩形连接板与玻璃基底（1）平行；前矩形连接板的下表面与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；两个前连接块分别固定于横向条形y轴检测板（901）的前端面左部和前端面右部；两根前一L形弹性解耦悬梁段的首端分别垂直固定于前横向条形可动驱动极板（801a）的后端面左部和后端面右部；两根前一L形弹性解耦悬梁段的尾端分别垂直固定于前矩形连接板的左端面前部和右端面前部；两根前二L形弹性解耦悬梁段的首端分别通过两个前连接块与横向条形y轴检测板（901）的前端面左部和前端面右部固定；两根前二L形弹性解耦悬梁段的尾端分别垂直固定于前矩形连接板的左端面后部和右端面后部；后二弹性解耦悬梁（903b）包括后矩形连接板、两个后连接块、两根后一L形弹性解耦悬梁段、两根后二L形弹性解耦悬梁段；后矩形连接板位于后横向条形可动驱动极板（801b）的前端面和横向条形y轴检测板（901）的后端面之间，且后矩形连接板与玻璃基底（1）平行；后矩形连接板的下表面与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；两个后连接块分别固定于横向条形y轴检测板（901）的后端面左部和后端面右部；两根后一L形弹性解耦悬梁段的首端分别垂直固定于后横向条形可动驱动极板（801b）的前端面左部和前端面右部；两根后一L形弹性解耦悬梁段的尾端分别垂直固定于后矩形连接板的左端面后部和右端面后部；两根后二L形弹性解耦悬梁段的首端分别通过两个后连接块与横向条形y轴检测板（901）的后端面左部和后端面右部固定；两根后二L形弹性解耦悬梁段的尾端分别垂直固定于后矩形连接板的左端面前部和右端面前部；所述第二z轴检测模块包括八个左可动z轴检测梳齿（1001a）、八个右可动z轴检测梳齿（1001b）、八对左固定z轴检测梳齿（1002a）、八对右固定z轴检测梳齿（1002b）；八个左可动z轴检测梳齿（1001a）均垂直固定于第二正方形框架（7）的左外侧面，且八个左可动z轴检测梳齿（1001a）由前向后等距排列；八个左可动z轴检测梳齿（1001a）的下端面均与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；八个右可动z轴检测梳齿（1001b）均垂直固定于第二正方形框架（7）的右外侧面，且八个右可动z轴检测梳齿（1001b）由前向后等距排列；八个右可动z轴检测梳齿（1001b）的下端面均与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；八对左固定z轴检测梳齿（1002a）均垂直固定于玻璃基底（1）的上表面；八对左固定z轴检测梳齿（1002a）一一对应地对称分布于八个左可动z轴检测梳齿（1001a）的两侧，且八对左固定z轴检测梳齿（1002a）和八个左可动z轴检测梳齿（1001a）一一对应地构成差动式变间距电容检测；八对右固定z轴检测梳齿（1002b）均垂直固定于玻璃基底（1）的上表面；八对右固定z轴检测梳齿（1002b）一一对应地对称分布于八个右可动z轴检测梳齿（1001b）的两侧，且八对右固定z轴检测梳齿（1002b）和八个右可动z轴检测梳齿（1001b）一一对应地构成差动式变间距电容检测；所述第二驱动检测模块包括八个前可动驱动检测梳齿（1101a）、八个后可动驱动检测梳齿（1101b）、八对前固定驱动检测梳齿（1102a）、八对后固定驱动检测梳齿（1102b）；八个前可动驱动检测梳齿（1101a）均垂直固定于第二正方形框架（7）的前外侧面，且八个前可动驱动检测梳齿（1101a）由左向右等距排列；八个前可动驱动检测梳齿（1101a）的下端面均与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；八个后可动驱动检测梳齿（1101b）均垂直固定于第二正方形框架（7）的后外侧面，且八个后可动驱动检测梳齿（1101b）由左向右等距排列；八个后可动驱动检测梳齿（1101b）的下端面均与玻璃基底（1）的上表面之间留有间隙；八对前固定驱动检测梳齿（1102a）均垂直固定于玻璃基底（1）的上表面；八对前固定驱动检测梳齿（1102a）一一对应地对称分布于八个前可动驱动检测梳齿（1101a）的两侧，且八对前固定驱动检测梳齿（1102a）和八个前可动驱动检测梳齿（1101a）一一对应地构成差动式变间距电容检测；八对后固定驱动检测梳齿（1102b）均垂直固定于玻璃基底（1）的上表面；八对后固定驱动检测梳齿（1102b）一一对应地对称分布于八个后可动驱动检测梳齿（1101b）的两侧，且八对后固定驱动检测梳齿（1102b）和八个后可动驱动检测梳齿（1101b）一一对应地构成差动式变间距电容检测。