对大型贯通测量中加测陀螺定向边的重要性分析

结合阳煤集团二矿470水平15号煤十采区轨道巷与二矿龙门立井贯通的实例,通过导线平差各项参数的选择,从加测陀螺定向边和不加测陀螺定向边两方面对贯通精度的影响做出了分析比较,指出在相同的观测方法和条件下,合理加测陀螺定向边能大大提高贯通精度。     

MEMS原位集成传感器振动冲击试验研究

智能航空发动机及其他机械系统的智能化需要抗高振动和大冲力的原位集成传感器,要满足高温、高振动、高冲击的苛刻工作环境。为此制作了发动机涡轮叶片原位集成高温温度传感器,并且进行了一系列的高温试验和振动冲击试验。该原位集成传感器利用微机电系统(micro-electro-mechanical-system,简称MEMS)制造技术制作在涡轮叶片表面,不仅可以原位测量高达800℃的环境温度,并且具有很高的机械强度,可以承受高达40g的振动和100g的冲力。     

高Q值微机电陀螺的快速起振控制

针对高Q值微机电陀螺的快速起振问题,研究其驱动轴控制方法。分析了高Q值谐振器的振动相位随频率的变化率,阐明了锁相环方案启动时间长且对初始频率偏差敏感的原因。用平均法推导了自激振荡方案下起振初始阶段振幅随时间的变化规律。提出了"自激-锁相"驱动轴控制方案,先采用自激振荡方式使陀螺快速起振,再转为锁相环方式使振动频率精确稳定。经实验测试,采用锁相环方案,当初始频率偏差在±10 Hz以内,陀螺的启动时间为2s;采用自激-锁相方案,只要初始频率偏差在±1 000Hz以内,陀螺均可在0.3s内达到频率误差小于0.01%,在0.4s内达到振幅误差小于0.1%。"自激-锁相"方案大幅度缩短了陀螺的启动时间,而且对陀螺初始频率的设置偏差不敏感,对环境温度变化的适应性好,适用于微机电陀螺的批量生产。     

陀螺飞轮信号的EMD/LPF混合去噪方法

为提高陀螺飞轮系统的标定与辨识精度进而保证姿态测量性能,对其信号去噪方法进行研究以便从复杂噪声中提取标定辨识所需的有用信息.首先基于噪声产生机理对陀螺飞轮信号的噪声特性进行分析.其次,在不影响信号低频特性的前提下,采用传统低通滤波（LPF）方法对信号进行预处理以抑制高频周期噪声.然后应用经验模态分解方法（EMD）对LPF预处理后的信号进行分解,根据信号和各模态分量的概率密度函数的相似性度量,给出一种模态判定准则.在此基础上,结合现有阈值滤波方法,提出一种EMD/LPF混合去噪方案. 结果表明:所提出的基于相似性度量的模态判定准则在不同信噪比条件下均能够实现分界点的准确判定;将所研究的去噪方法分别应用于标准测试信号和陀螺飞轮实测信号;所提出的混合去噪方法相比于现有去噪方法更为有效.     

一种射频MEMS开关高平整度牺牲层的制备方法

牺牲层工艺是制作MEMS开关的重要工艺,牺牲层平整度差会导致开关上电极变形,进而影响MEMS开关的性能.提出了一种高平整度聚酰亚胺牺牲层的制备方法,采用了自然平流法与双层牺牲层结合的方式.首先研究了温度对聚酰亚胺流动速度的影响,极大地缩短了自然平流法所需要的时间.自然平流法的局限性在于无法彻底解决聚酰亚胺牺牲层平坦度差的问题,之后可采用AZ5214光刻胶作为第二层牺牲层,进一步提高了牺牲层的平整度.固化后的聚酰亚胺性质稳定,不与酸碱反应,为光刻胶作为第二层牺牲层提供了条件.     

面内微陀螺结构设计及模态测试

为了提升微机械陀螺在应用中的性能,需要巧妙设计陀螺结构来提高陀螺灵敏度.本文针对面内驱动/检测的微陀螺结构,进行了理论设计和Ansys有限元仿真分析验证,实现了微陀螺结构的模态匹配.通过测试质量块上分布导线产生的动生电动势的实验方法获得陀螺的幅频特性曲线,测量结果表明,微陀螺结构驱动方向频率为7 078.1 Hz(品质因数达643.2),检测方向频率为7 068.9 Hz (品质因数达1 010.7),结构灵敏度可达52.3 nm/(°/s),与理论期望值基本相符.这将为今后设计更高灵敏度的微陀螺式结构传感器提供理论依据及测试方法.     

稳定平台中通用陀螺数据采集处理系统

为提高稳定平台的性能,针对平台中各种类型陀螺高速度、高精度、宽动态范围的设计指标要求,研制了一种通用数据采集处理系统。在详细分析动力调谐、光纤和微机械陀螺典型型号性能参数指标的基础上,提出了系统的设计指标要求,选择8通道24位∑-？高精度模数转换器ADS1278和32位数字信号处理器TMS320F2812,设计实现系统的硬件电路,编写了相关的软件程序,并进行了实验验证。实验表明：系统的转台测试数据与陀螺出厂标定的性能参数之间,测量误差小于1%,完全满足稳定平台中陀螺的应用要求。     

小波变换在MEMS陀螺仪去噪声中的应用

在介绍小波分析理论的基础上,本文采用双正交静态小波基对陀螺仪去漂后的残差信号进行不同尺度的分解.通过不同小波基滤波效果的比较,发现双正交样条小波具有较好的去噪性,其分解和重建滤波器系数也十分简单,验证了小波变换在陀螺仪测漂信号去噪中的可行性.     

三维微弹簧型MEMS探卡的设计和制备

随着IC器件上的I/O尺寸减小和密度增加,与之通过接触来进行电性能测试的探卡密度也要相应增加,传统手工制作的环氧树脂针形探卡难以满足使用要求,使用MEMS技术制作探卡成为发展的趋势,但是当前MEMS探卡的主要问题是不能承受和产生破坏焊垫表面氧化层和污染层所需的应力.本文提出了一种简支梁结构、通过多次电镀工艺制作的三维弹性MEMS探卡,这种探卡可以承受更大应力,并且具有较小的自身电阻.针对间距为250 μm阵列排布的器件I/O,使用ANSYS有限元方法对弹簧型探卡进行了结构分析和设计,采用UV-LIGA工艺制备探卡,最后对探卡的力学性能进行了测试.     

TMAH腐蚀液制作硅微结构的研究

通过各向异性腐蚀硅微结构工艺,研究了四甲基氢氧化铵(TMAH)腐蚀液的特性,包括硅(100)晶面腐蚀速率与TAMH溶液浓度、温度、pH值以及过硫酸铵添加剂的关系,并采用原子力显微镜研究了不同腐蚀条件下硅的表面形貌,研究表明:随TMAH溶液的浓度的降低和腐蚀温度的提高,腐蚀速率提高,硅腔的表面粗糙度增大;过硫酸铵添加剂明显改善了硅微腔的表面平整度.本研究所确定的最佳腐蚀工艺条件为:溶液中TMAH浓度为25%,过硫酸铵添加剂浓度为3%,腐蚀温度80℃.在此工艺条件下腐蚀出了深度为230 μm、表面粗糙度小于50 nm的硅微腔.