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基于滑膜阻尼效应的音叉式微机械陀螺研究

与传统陀螺相比,微机械陀螺具有体积小、重量轻、成本低等特点,因而具有广泛的应用前景。在微机械陀螺的研究中,陀螺灵敏度和分辨率的提高始终是人们追求的主要目标。本论文工作是针对一种具有实用化目标的新型结构的微机械陀螺进行研究,包括器件结构的原理设计、工艺制作、封装和性能测试等。在对振动式微机械陀螺的基本原理和动力学方程进行分析的基础上,讨论了工作频率、Q值和驱动力矩与陀螺灵敏度及其工作带宽的关系。讨论了微机械陀螺中的空气阻尼、正交误差、寄生Coriolis力以及轴向加速度干扰等问题。在总结理论分析结果和前人工作经验的基础上,提出一种新颖的微机械陀螺设计:采用电磁驱动方式,具有较大的驱动力矩,幅值稳定;驱动模态和检测模态的空气阻尼均主要为滑膜阻尼,在大气压下实现了较高的Q值;采用解耦结构设计减小了结构中的机械耦合;音叉式结构设计使陀螺能够抑制轴向加速度的干扰。设计了陀螺的动力学结构和电学结构,分析了噪声特性和加速度响应特性。陀螺驱动模  (本文共125页) 本文目录 | 阅读全文>>

上海交通大学
上海交通大学

音叉振动式微机械陀螺结构动态性能解析与健壮性设计

近年来,由于微电子机械加工技术(MEMT, Micro-Electro-Mechanical Technology)的不断进步,微电子机械系统(MEMS)技术正在向实用化的方向发展。其中,微机械结构动态性能的健壮性问题就是MEMS实用化的一个关键问题之一。本论文以一种体微机械加工技术制备的音叉振动式微机械陀螺(以下简称为微结构或微陀螺)为研究对象,从微机械陀螺结构的动态性能健壮性问题出发,为了解决健壮性设计中微机械陀螺结构动态性能解析的高精度和计算时间的问题、提高其系统性能的稳定性,提出了基于子结构方法的微结构动态性能解析方法、灵敏度分析方法,基于Taguchi三次设计对微机械陀螺结构进行了健壮性设计方法的研究:1.在对微结构的基本工作原理和微结构的动态性能解析方法进行分析的基础上,为了解决微结构性能解析的高精度和计算时间的问题,提出了基于子结构方法的微结构动态性能解析方法。以一种音叉振动式微机械陀螺为研究对象,分析了微陀螺的动...  (本文共114页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所)
中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所)

一种压阻式微机械陀螺的研究

微机械陀螺是一种测量角速度或角位移的惯性传感器,具有体积小,可靠性高,价格便宜的优点,在汽车,电子和惯性导航领域有很大的潜力。微机械陀螺常见的检测方式有电容式和压阻式。与电容式陀螺相比,虽然压阻式陀螺的结构和接口电路比较简单,但是,比较低的灵敏度和压阻固有的温度效应极大地限制了它的应用。本论文的主要工作是设计,制造,封装并测试了一种崭新的类音叉压阻式检测微机械陀螺。不但灵敏度比较高,而且能实现压阻系数的片上温度自补偿。陀螺采用静电驱动,压阻检测的工作方式,在大气下工作。用来检测Coriolis加速度的检测部分是悬臂梁—质量块结构的一种变形,用高强度的主悬臂梁保证机械强度和高谐振频率,极细小的微梁压阻检测Coriolis加速度引起的应力变化,并用微梁直拉直压理念优化微梁位置,获得高灵敏度。利用一个压阻四端器件,开发了压阻系数温度效应的片上自补偿技术。温度补偿的方法是用驱动振幅的改变弥补温度变化对压阻系数的影响。温度补偿前的陀螺灵敏...  (本文共116页) 本文目录 | 阅读全文>>

中北大学
中北大学

高信噪比电容式微机械陀螺的研究

本文对基于MEMS技术的高信噪比电容式微机械陀螺进行了系统研究,完成了微机械陀螺的结构设计,对信号处理方法进行了深入分析,提出新的信号解调算法并设计了相应的接口电路,完成了关键性能参数测试,具体内容如下:1.对微机械陀螺的研究现状进行了概述,分析了当前微机械陀螺存在的技术难点,对需要进一步研究的内容作了说明。2设计出了一种具有解耦结构、差分检测的电容式微机械陀螺,可有效抑制共模噪声。简单介绍了微机械陀螺的加工工艺。3.针对真空封装电容式微机械陀螺的振动品质因子会发生长时间漂移的现象,提出了三种自动增益控制的闭环驱动方法(直流自动增益控制方法、直流-交流自动增益控制、交流自动增益控制的方法),并对其进行了仿真、分析和对比。4.通过分析电容式微机械陀螺信号解调中相移的变化以及寄生电容干扰引起陀螺长期漂移的难题,提出了一种高信噪比的差分解调算法,可有效抑制寄生电容的干扰,并采用Simulink对该方法进行了仿真。5.根据文中提出的高信...  (本文共166页) 本文目录 | 阅读全文>>

《科技视界》2018年24期
科技视界

硅微机械陀螺驱动方式研究

硅微机械陀螺因其体积小、质量轻、集成度高、功耗低等优良性能特点,已经在军事及民用领域有着非常广泛的应用。为将角度率转...  (本文共3页) 阅读全文>>

《南京理工大学学报》2013年01期
南京理工大学学报

双质量硅微机械陀螺固有频率温度特性研究

为提高双质量硅微机械陀螺温度特性,该文对陀螺固有频率进行了温度特性研究。分别对杨氏模量温度系数、热应力和材料的热膨胀系数三种因素导致的陀螺固有频率随温度变化特性进行了理论数值计算和有限元仿真分析。为避免由于电路、杂散电容和其他因素引入的测量误差,提出了基于振铃原理...  (本文共7页) 阅读全文>>