硅微机械振动轮陀螺仪非线性动力分析􀀁

本文简单介绍了硅微机械振动轮陀螺仪的工作原理,并给出了该陀螺仪的非线性运动方程和线性化运动方程．针对该陀螺仪的运动方程,进行了数值仿真研究．根据数值仿真结果,还提出为了提高测量的线性度必须采用闭环控制．同时,还给出了闭环控制的方案．     

硅微陀螺仪零偏稳定性的优化

为了进一步提高硅微陀螺仪的零偏稳定性,使其满足更高精度应用场合的需求,研究了硅微陀螺仪零偏稳定性优化技术。以典型Z轴硅微陀螺仪为例,对影响其零偏稳定性的主要因素：机械耦合误差、电路耦合误差、机械热噪声、接口电路噪声进行了完整分析,并从抑制零偏温度漂移及输出噪声两个角度提出了改善硅微陀螺仪零偏稳定性的设计原则。基于上述原则,优化设计了硅微陀螺仪的机械结构及接口电路。最后对所设计的硅微陀螺仪进行了零偏稳定性测试,以验证所提出优化设计原则的有效性。实验结果表明,4个测试组的硅微陀螺仪零偏输出均无明显漂移,且零偏稳定性在6（°）/h左右,达到了中等战术级水平。     

微杠杆在硅微谐振式加速度计中的应用

从基于DDSOG(Deep Dry Silicon on Glass)工艺的硅微谐振式加速度计样机入手,阐述了加速度计中微杠杆结构对惯性力的放大作用,证明了标度因数与系统放大倍数n为正比关系,并以加速度计样机中的单级微杠杆为例,建立了加速度计的理论模型.推导了微杠杆的放大倍数A和轴向刚度K的计算公式,以此为基础导出了加...     

加工应力对双线振动式陀螺仪谐振频率的影响

分析了双线振动式陀螺仪在驱动模态和检测模态的振动方程及刚度,提出用方波梁代替直梁以减小加工应力对陀螺仪谐振频率的影响.并用ANSYS分析软件对驱动谐振频率进行仿真,验证了新结构可以减小应力的影响.     

振动轮式微机械陀螺仪中滑膜阻尼机理的研究

对空气阻尼进行定性和定量分析是MEMS器件设计中非常重要的一个步骤，直接影响MEMS器件的动态性能。研究了第三个区域中振动轮式微机械陀螺仪的滑膜阻尼，提出了滑膜阻尼模型，分析了滑膜阻尼的动态性能，包括速度分布、阻尼机制以及由此产生的能量损耗。根据滑膜阻尼分析结果，给出了品质因数的计算公式。试验表明，空气条件下振动轮式微机械陀螺仪品质因数的测试结果与理论值的误差约为16%。研究结果为振动轮式微机械陀螺仪结构设计中定量分析空气阻尼提供了理论依据。     

硅微谐振式加速度计的温度效应及补偿

零偏和标度因数稳定性是衡量加速度计性能的两个重要参数.为了降低硅微谐振式加速度计的温度敏感性,对其温度影响机理进行了深入研究.通过温度实验发现,硅微谐振式加速度计的零偏和标度因数与设计理论参数有较大区别,且都具有较大的温度灵敏度,分别为0.72 g/℃和1.5℃-1.对弹性模量和谐振器应力与谐振器频率的关系进行了理论计算和FEA仿真验证,其中弹性模量引起的谐振频率-温度灵敏度为-0.7 Hz/℃,谐振器应力引起的谐振频率-温度灵敏度为180 Hz/℃.阐述了加工过程中键合应力产生的原因以及键合应力与谐振器残余应力的关系,发现谐振器应力是造成加速度计输出随温度漂移的主要因素.提出了一种隔离残余应力的隔离梁的设计方案,可使零偏温度灵敏度降至-35 Hz/℃,为温度补偿指明了方向.     

三自由度水平轴硅微机械陀螺结构设计与仿真

为了兼顾测量带宽和灵敏度的要求，提出了一种三自由度水平轴硅微陀螺系统，此系统由3个质量块组成。质量块2与质量块3组合后与质量块1构成了一个二自由度驱动方向的谐振器，再利用该谐振器进行动力学放大，得到非谐振状态下的大驱动振幅．陀螺驱动频率响应曲线有两个谐振尖峰，在两峰值之间存在一个较平坦的区域，当陀螺驱动工作在频率响应曲线的平坦区域时，机械增益虽然比工作在谐振尖峰处小，但机械增益受频率变化的影响减小，驱动频率的工作带宽增加，使得对驱动的控制要求相对宽松．文中给出了动力学放大原理及所设计的陀螺结构的理论计算和仿真值．