一种全对称微机械陀螺的双级解耦机构特性

为了实现微机械陀螺的频率匹配和双级解耦,提出了一种全对称双级解耦结构体硅微机械陀螺.该陀螺结构完全对称,容易实现驱动和检测模态谐振频率的匹配,提高系统灵敏度.驱动和检测方向的主要阻尼均为滑膜阻尼,在常压下工作也可以获得较高的品质因子,避免了器件的真空封装.利用4组十字折梁,实现了结构的双级解耦.仿真结果表明,模态之间的耦合系数小于0.17%.采用体硅微机械加工技术制作了样品,关键工艺有硅-玻璃阳极键合和DRIE技术.基于计算机图像技术对微机械陀螺进行了测试,验证了陀螺的解耦功能,在常压条件下测得该陀螺的品质因子为195,灵敏度为8.031 mV/（（°）.s^-1）.     

音叉振动式微机械陀螺弹性梁的研究

以一种音叉振动式微机械陀螺为研究对象,建立了四自由度微机械陀螺动力学模型,重点分析了驱动微弹性梁和检测微弹性梁刚度较大方向的微弹性系数对微机械陀螺动力学性能的影响.设计了三段检测梁和两段驱动梁并推导出其微弹性系数公式,建立了微弹性梁的评价函数,通过实例解析对微机械陀螺动力学性能进行了优化.结果表明:优化后的微机械陀螺具有较好的健壮性和较高的灵敏度.此研究结果适用于音叉式微机械陀螺,而且对其它MEMS器件的设计具有重要的参考价值.     

纤毛式MEMS矢量水声传感器的仿生组装

提出了一种纤毛式微机电系统（MEMS）矢量水声传感器的仿生组装技术.期望结合MEMS工艺和仿生组装工艺技术,解决复杂结构的仿生制造问题.文中简单介绍了仿生学理论以及定向探测机理.采用MEMS基硅微机械加工技术完成了传感器微结构的加工.通过模仿鱼类侧线器官神经丘感觉器的仿生结构,完成了传感器仿生微结构的组装,制作出纤毛式硅微仿生矢量水声传感器的模型样机.最后,完成了传感器的校准测试.测试结果表明,该水声传感器不但体积小、质量轻、结构简单,而且具有“8”字型的指向特性.该水声传感器的声压灵敏度为-197.7 dB（0 dB=1 V/μPa）.     

摇摆质量增强压电体声波固体波动圆盘微陀螺

提出了一种新型的摇动质量增强压电体声波固体波动圆盘微陀螺。该种陀螺,在结构上采用完全对称的圆盘式结构,在原理上,利用压电体声波的简并模态,而且摇动质量又增强体声波驱动和敏感效应,再由柯氏效应,获得输入角速度。文章介绍了结构,原理,同时又利用仿真分析,优化了参数,给出了该陀螺可有效工作在25 172.8 Hz的体声波二波腹模式下,频率分裂184.6 Hz,具有陀螺效应,仿真得到灵敏度为1.81μV/rad/s。最后,利用MEMS技术,对微陀螺进行了实际加工,并得到了样品。     

电容式硅微机械陀螺仪结构设计及仿真

通过对微机械陀螺的调研分析,提出了一种新型微机械陀螺仪,并对陀螺进行了结构设计.该结构采用静电梳齿驱动、栅结构电容检测,使陀螺具有较高灵敏度.驱动模态和检测模态均为滑膜阻尼,能够实现较高的Q值,且具有一定的解耦特性.文中通过仿真分析得到了结构的各阶频率,使陀螺驱动模态和检测模态固有频率匹配,验证了结构的合理性.结合现有...     

角度偏移对微机械陀螺系统响应特性的影响

微机械陀螺敏感结构加工误差的存在使得微机械陀螺的弹性主轴和驱动/敏感轴不能完全重合,将导致信号出现误差。针对加工误差引起的角度偏移,即弹性主轴和驱动/敏感轴的不重合对微陀螺系统响应特性的影响进行研究。同时考虑系统的刚度非线性,基于拉格朗日方程建立了系统的动力学方程,利用平均法进行求解,得到了关于定常解的代数方程。利用同伦延拓方法研究了角度偏差对系统零偏、机械灵敏度和非线性度的影响。结果表明只有一个角度偏移时,随着偏移角度绝对值的增大,零偏和非线性度增加,机械灵敏度降低。当驱动和敏感方向同时有角度偏移时,两方向偏移角度相反时,零偏、机械灵敏度和非线性度随偏移角度大小的变化非常剧烈,而偏移角度相近时,偏移角度大小的影响较为平缓。给出了系统零偏和非线性度取极小值,机械灵敏度取极大值时,两个方向偏移角度的关系曲线,为工程中微陀螺敏感结构的修型提供了一定的理论依据。     

振弦式硅微机械陀螺

提出了一种新的振弦式硅微机械陀螺的设计方案,这一陀螺的制作采用硅微机械工艺.一方面,陀螺驱动模块采用电磁力驱动,这样能极大地提高驱动幅度;另一方面,陀螺检测模块采用差分的双振弦方式,从而提高了检测精度.通过陀螺检测模块的振弦将角速度的变化直接转换成输出信号的频率变化,这样能够极大地提高信号的抗干扰能力.理论分析表明,这...     

具有栅结构与静电梳齿驱动的电容式微机械陀螺的仿真、设计与测试

电容式陀螺仪是一种振动式陀螺仪,由于加工的特殊性使其具有了传统的陀螺无法比拟的优点,从而拓宽了其应用领域.为了提高陀螺仪的检测精度,本文提出了一种静电梳齿驱动、栅结构的电容式检测的微机械陀螺仪的设计方法,并分析了其工作原理.运用ANSYS软件对陀螺结构进行了仿真和模态分析,仿真结果与理论计算结果相接近.所设计的陀螺结构采用体硅标准工艺方法进行了设计,并对其进行了流片加工和封装,最终得到了电容式微机械陀螺仪.实验测试的结果表明,陀螺驱动模态的固有频率为4.06kHz,灵敏度为0.027 9 v/((°)s-1).     

基于MEMS技术的微型固态拖动力式测风传感器

为了获得风速风向的信息,制作了一种拖动力式微型固态测风传感器.它包括两个正交封装的单元,每个单元用来独立地测量风速,含有一个薄平板和两个用来连接平板和硅衬底的短悬梁.由于当风从不同角度吹过传感器时悬梁上的应变不同,因此通过测量单个单元悬梁上的应变值可获得风速值,同时通过正交组装两个测风速单元获得风向值.该传感器在ANSYS软件中进行了模拟,用流体力学进行了分析,并在小型风洞中进行了测试.结果表明在输入电源电压为0.5V时传感器最大灵敏度高达60μV/（m·s^-1）,风向测量的线性度小于6%.     

微硅陀螺静态漂移自回归模型辨识研究

利用微硅陀螺测量的数据，运用过程辨识理论和时间序列分析方法，建立了陀螺静态漂移的自回归（AR）模型，进而得到连续微分方程。     

微机械隧道陀螺的振动特性测试

结合微机械陀螺仪和隧道效应的特点,提出了角振动微机械隧道陀螺仪的工作原理和结构设计方案。针对微机械陀螺的驱动和检测在面内和面外的结构特点,制定了图像处理法、静电力阶跃激励法和机械激励法等振动特性测试方法,在大气环境下分别对隧道陀螺仪驱动和检测模态的振动特性进行了测试,得到了相应的谐振频率,采用不同的方法得到的结果基本一致。     

基于介观压阻效应的新型微陀螺仪结构设计与优化

介绍了介观压阻效应,其灵敏度比硅压阻效应高一个数量级.利用该效应作为高灵敏度器件,首次提出了介观压阻效应微陀螺仪结构,并论述了其工作原理.利用AN SY S软件,对其结构性能进行仿真,分析了固有频率、振幅以及哥氏效应下敏感方向的位移等特性,提出了结构优化分析的方法.在哥氏效应等耦合作用下对该结构进行多参数优化设计,并得到优化结果.经过对结果进行比较和考量分析,结果证明：微陀螺仪的驱动频率和检测频率的差值由原来的217.83 H z增大到362.87 H z,微陀螺仪的工作带宽增大,同时质量块在Z方向的位移增大了0.3μm,从而使检测梁根部受到的应力也增大了1.7 M Pa,结构灵敏度提高了18%.     

变结构PID在微机械陀螺仪闭环驱动电路中的应用

为满足微机械陀螺仪(MMG)闭环驱动电路起振快速、无超调且稳态精度高等要求,提出了一种基于FPGA的数字化变结构PID控制器,并以其为核心构建了微机械陀螺仪的数字化闭环驱动电路.通过构造以控制误差为自变量的比例增益、积分增益和微分增益函数,使变结构PID的结构和参数能够根据瞬时误差的变化而变化,以提高闭环驱动电路的性能.针对某型微机械陀螺仪敏感结构参数,进行了SIMULINK仿真,仿真结果表明以变结构PID为核心的闭环驱动电路是可行的.起振实验结果表明,经典PID构成的闭环驱动电路,其检测电压的幅值超调量达到了75%,稳定时间为2 s;采用变结构PID控制器后闭环驱动检测电压的幅值无超调且稳定时间为0.7 s;1 h的稳定性实验表明,采用经典PID时检测电压幅值的长期稳定性为2.73×10-5V,采用变结构PID时其稳定性为2.68×10-5V,证明变结构PID可以兼顾系统在快速性、超调量和稳态精度等方面的要求.     

微机械陀螺信号处理方法的比较研究

介绍了谱消除法、小波变换和数学形态学滤波三种信号处理方法进行消噪的基本原理,并分别采用这三种方法对微机械陀螺的静态漂移信号和动态仿真信号进行了去噪声处理,对处理前后的信号误差大小及其分布情况以及处理过程的运算量和实时性进行了比较.结果表明,对于静态漂移信号的处理,三种方法的滤波效果大致相当.对于动态信号,数学形态学滤波器的滤波效果比其它两种滤波器的滤波效果要好,并且,数学形态学滤波器具有运算量小,实时性较好的优点,十分易于硬件实现.     

振动式微机械陀螺的电学模拟

根据振动式微机械陀螺的动力学模型导出其等效的电学模型，并利用电路模拟工具对其进行了模拟。利用电路模拟结果，分析了陀螺的运动特性。利用这个电学模型，可以与接口电路混合模拟，优化检测电路的设计。     

基于线振动台的液浮陀螺仪二次项误差系数标定方法研究

为提高液浮陀螺仪静态误差模型系数中二次项系数的标定精度,提出了线振动台振动整周期的方法来标定液浮陀螺仪。在充分考虑线振动台的寄生转动和垂直度误差,测试时产生的角振动以及陀螺仪的安装误差的基础上,设计了六位置法来标定陀螺仪二次项系数的标定方案。该方法抑制了线振动台的寄生转动、测试时产生的微小角振动以及陀螺仪的安装误差对标定精度的影响,能够提高液浮陀螺仪在线振动台上测试的精度。最后进行了相应的误差分析,验证了该方法能够准确的标定出陀螺仪的二次项误差模型系数,标定精度可达10~(-4)(°/h/g~2)数量级。     

用于微小型飞行器姿态估计的四元数扩展卡尔曼滤波算法

针对MEMS陀螺、加速度计、磁强计组合的姿态确定系统，笔者设计了用于微小型飞行器姿态估计的四元数扩展卡尔曼滤波算法．取姿态误差四元数和陀螺随机漂移构建滤波状态向量，通过误差四元数微分方程和陀螺随机误差模型建立了卡尔曼滤波状态方程；采用改进的高斯-牛顿算法将传感器观测量转化为四元数，通过与利用陀螺信息估计的四元数相乘，得到姿态误差四元数作为卡尔曼滤波量测值，显著减小了机动加速度对姿态估计的影响．仿真实验显示：四元数静态估计误差小于0．22％，在动态情况下，四元教估计值能够较好地跟踪真实值的变化，表明该滤波算法能够有效提高姿态估计的精度．     

趋势预测1/8周期快速寻北法

保证陀螺经纬仪寻北精度的同时,缩短寻北时间实现快速寻北具有重要意义.从陀螺仪寻北原理出发,建立陀螺运动轨迹的数学模型.基于数字化测量光路建立了非线性回归模型,通过欠周期的采集数据,预测整周期函数信息,研究1/8周期快速寻北方法,实现陀螺开始寻北1 min以内高精度快速寻北,开辟快速寻北的新途径.以改进型JT-15陀螺仪为样机的寻北试验表明,在陀螺开始寻北56 s内,仪器寻北测量精度优于0.831 1’.     

An SoPC-based object tracking quadrotor

In this paper, a quadrotor unmanned aerial vehicle (UAV) is designed and implemented, and the whole control system is realized on an SoPC platform. The dynamic mathematical model of a quadrotor is derived using Euler–Lagrange equations. A simulation is conducted by applying PID controllers to control the derived model to verify that the PID method is able to stabilize a quadrotor. The aircraft is stabilized according to the sensory data from a tri-axis gyroscope and a tri-axis accelerometer providing angular rates and Euler angles, respectively, for the control system. In addition, a CMOS camera and an ultrasonic sensor mounted on the bottom of the aircraft enable the aircraft with functions of detecting and tracking a moving object, while the aircraft is flying. The resulting system can stably fly in indoor environments and track a specific object, satisfying the design and implementation purpose.