一种可靠性提高的半球谐振陀螺读出基座结构及制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种可靠性提高的半球谐振陀螺读出基座结构及制备方法，包括球形壳体，所述球形壳体在圆周上连接为一体并形成平滑的表面，在球形壳体表面上镀有金属膜层，在金属膜层上等距离刻蚀有八条分隔线，以将金属膜层在径向上分隔为八个彼此绝缘的区域，在每个区域的金属膜层上刻蚀有读出电极，每个区域读出电极外的金属膜层形成屏蔽电极。本发明操作简单，缩短加工工序和镀膜工序时间，减小多余物的产生，大大提高读出基座生产效率和成功率，能够提高半球谐振陀螺的性能。
【专利说明】一种可靠性提高的半球谐振陀螺读出基座结构及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半球谐振陀螺敏感表头部件，具体指敏感表头读出基座的结构设计及其制备方法，用于提高半球谐振陀螺读出基座的可靠性，属于半球谐振陀螺【技术领域】。
[0002]
【背景技术】
[0003]半球谐振陀螺与传统陀螺相比有很多优点，特别是具有结构简单、无磨损部件和无运动部件等独特优势，近年来已经受到国内外惯性领域的高度重视，是未来最具有发展前景的陀螺仪之一。
[0004]半球谐振陀螺敏感表头由激励罩1、读出基座3和谐振子5三部件精密装配而成，激励罩I内设有激励电极2，如图1所示，谐振子5内表面与读出基座3外表面八个读出电极4形成小的电容。在静电力驱动谐振子产生振动的同时，通过读出电极4和谐振子5电容之间的变化，检测谐振子的振动位移，提取谐振子的幅度、相位、频率等控制信号。读出基座3设计的结构、与谐振子5之间的电容变化直接关联到谐振子的幅度、相位等控制信号的提取，影响整个敏感表头的性能和可靠性。
[0005]半球谐振陀螺读出基座球面通过分隔槽分隔成八部分，每部分镀上金属膜层，形成八个独立的电极，然后通过激光刻蚀技术在金属膜层上进行电极分割，其分割图形为圆形，称为读出电极，与谐振子内球面形成电容，圆形外部的金属膜层作为电极屏蔽形成屏蔽电极。现有读出基座结构及工艺处理方法存在以下缺点:
1、各个读出电极中间的分割槽导致机械加工工艺繁琐，各棱边由于加工、运输、装配等原因造成微小颗粒多余物的产生。
[0006]2、读出基座的分割槽在镀膜时，需要通过夹具的设计保证没有膜层或者少量的膜层涂覆在分割槽内，以保证八个电极相互绝缘，因此分割槽需要遮挡和屏蔽，造成镀膜夹具设计复杂；同时夹具装配过程中容易产生微裂纹和崩边现象，或者由于装配间隙过大，在镀膜时影响读出基座表面金属层的涂覆。
[0007]3、读出电极的圆形结构受限，有效面积较小，影响半球谐振陀螺的增益稳定性。
[0008]4、读出基座的机械加工、镀膜等工艺增加了额外的难度，影响该器件的成品率，同时降低了加工效率。
[0009]
【发明内容】
[0010]针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种半球谐振陀螺读出基座及制备方法，本发明操作简单，缩短加工工序和镀膜工序时间，减小多余物的产生，大大提高读出基座生产效率和成功率，能够提高半球谐振陀螺的性能。
[0011]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种可靠性提高的半球谐振陀螺读出基座结构，包括球形壳体，所述球形壳体在圆周上连接为一体并形成平滑的表面，在球形壳体表面上镀有金属膜层，在金属膜层上等距离刻蚀有八条分隔线，以将金属膜层在径向上分隔为八个彼此绝缘的区域，在每个区域的金属膜层上刻蚀有读出电极，每个区域读出电极外的金属膜层形成屏蔽电极。
[0012]所述读出电极形状为梯形或者扇环形状，且梯形的腰尽可能向外部延伸。
[0013]一种可靠性提高的半球谐振陀螺读出基座制备方法，步骤如下，
1)加工读出基座球形壳体部分，球形壳体上端水平切割形成环状端面，球形壳体在圆周上无需分割，保留其完整性；
2)在球形壳体圆周面上均匀镀覆一层金属膜层；
3)在金属膜层圆周上利用激光刻蚀技术刻蚀出所有读出电极的图形，然后在两个读出电极中间刻蚀出径向线条，以分割圆周上的金属膜层，保证所有屏蔽电极的电阻值绝缘。
[0014]相比现有技术，本发明具有如下有益效果:
1、取消分割槽，保持完整的球形壳体，简化加工工艺，减小多余物的产生源，提高读出基座的可靠性。
[0015]2、由于球形壳体表面整体镀膜，故镀膜夹具设计简单，夹具装配和镀膜过程中不会产生裂纹和崩边的现象，提高了读出基座的稳定性。
[0016]3、能够减小镀膜夹具和读出基座的装配工艺误差，装配间隙得到有效控制，读出基座表面涂覆金属层的均匀性、批次性和一致性保持良好。
[0017]4、取消分割槽，有利于增大屏蔽电极的表面积，其读出电极的有效面积也相应增大，提高了陀螺的增益稳定性。
[0018]5、减小读出基座的机械加工、镀膜工艺的难度，提高器件的加工效率和成品率。
[0019]总之，本发明满足半球谐振陀螺仪对读出基座所要求的各项性能参数，提高陀螺的可靠性，降低了读出基座的生产成本，操作简单方便，缩短读出基座生产的时间。
[0020]
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1-半球谐振陀螺敏感表头结构示意图。
[0022]图2-本发明读出基座电极优化结构图。
[0023]
【具体实施方式】
[0024]本发明优化半球谐振陀螺的读出基座结构，减少加工步骤，简化镀膜工艺，将读出基座八个屏蔽电极之间的分割槽取消，将其球面壳体做成一体化状态。针对新结构读出基座，简化镀膜夹具和镀膜工艺，镀膜夹具设计成整体性和一致性，减少镀膜工艺时间。在具体激光刻蚀工艺过程中，改变读出电极的图形，由原来的圆形改变为梯形或者扇环形图形，增大有效面积。同时屏蔽电极的绝缘采用激光刻蚀技术将其物理隔离，防止相互的耦合和干扰，其优化结构如图2所示。
[0025]本发明半球谐振陀螺读出基座的可靠性设计与制备方法，包括读出基座的结构优化、屏蔽电极与读出电极的刻蚀制作。通过对读出基座的结构优化、简化镀膜工艺、增大读出电极的有效面积，提高陀螺的性能和可靠性，其具体步骤如下: 1、读出基座的结构设计
在结构设计时，取消分割槽，保持球面的完整性，节省加工分割槽所需的时间。
[0026]2、简化镀膜夹具和镀膜工艺
取消分割槽后，球面保持一致性，原分割槽的部分不需要遮挡和屏蔽，镀膜夹具也保持完整性，简化镀膜夹具和镀膜工艺，缩短镀膜工艺时间。
[0027]3、增大读出电极的有效面积
由于取消分割槽，球形壳体能够保持一致性，壳体的表面积增大，重新设计优化读出电极和屏蔽电极，把读出电极图形由圆形改为梯形或者扇环，有效面积增大约20%，陀螺的增益稳定性提高至少一个数量级。而八个屏蔽电极的相互绝缘，则采用在相邻之间设计成一条0.4mm以上宽度的线条，保证绝缘电阻在500ΜΩ以上，消除各个屏蔽电极的相互耦合和干扰。
[0028]4、性能检测与验证
读出基座按照本发明的技术实施后，如2所示，在半球陀螺敏感表头性能检测中，其性能参数增益稳定性提高一个量级以上，未见屏蔽电极的耦合和干扰，没有因读出基座而引起多余物的产生，读出基座的可靠性得到较大改善和提高。
[0029]表面完成膜层涂覆后进行读出电极和屏蔽电极的激光分割。现有技术的机械加工时间较长，棱边崩边的现象比较严重，而本发明的整个球面加工时间较原技术缩短1/4，不存在棱边崩边的现象。本发明取消分割槽，消除棱边的崩边效应，简化镀膜工艺，提高读出基座的可靠性，增大读出电极的有效面积，提高陀螺的性能和可靠性，特别是陀螺的增益稳定性提高，完全能够满足陀螺精度和工程应用的要求。
[0030]本发明的创新点在于取消分割槽和改变读出电极的有效面积，即保持读出基座的球形壳体的一致性，增大读出电极的有效面积，提高读出基座的可靠性。本发明能够避免棱边崩边产生的多余物，简化机械加工工艺和镀膜工艺，缩短研制生产周期。
[0031]本读出基座可靠性的结构设计、刻蚀图形、刻蚀工艺等都通过相应软件的模拟仿真，其工艺的操作性、适应性以及可靠性都有较大的提高。
[0032]本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
【权利要求】
1.一种可靠性提高的半球谐振陀螺读出基座结构，包括球形壳体，其特征在于:所述球形壳体在圆周上连接为一体并形成平滑的表面，在球形壳体表面上镀有金属膜层，在金属膜层上等距离刻蚀有八条分隔线，以将金属膜层在径向上分隔为八个彼此绝缘的区域，在每个区域的金属膜层上刻蚀有读出电极，每个区域读出电极外的金属膜层形成屏蔽电极。
2.根据权利要求1所述的可靠性提高的半球谐振陀螺读出基座结构，其特征在于:所述读出电极形状为梯形或者扇环形状。
3.一种可靠性提高的半球谐振陀螺读出基座制备方法，其特征在于:步骤如下， 1)加工读出基座球形壳体部分，球形壳体上端水平切割形成环状端面，球形壳体在圆周上无需分割，保留其完整性； 2)在球形壳体圆周面上均匀镀覆一层金属膜层； 3)在金属膜层圆周上利用激光刻蚀技术刻蚀出所有读出电极的图形，然后在两个读出电极中间刻蚀出径向线条，以分割圆周上的金属膜层，保证所有屏蔽电极的电阻值绝缘。
【文档编号】G01C19/56GK104457724SQ201410819473
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月25日 优先权日:2014年12月25日
【发明者】杨勇, 方针, 余波, 蒋春桥, 彭慧 申请人:中国电子科技集团公司第二十六研究所