新型摇摆质量微陀螺的设计与制作(英文)

首先介绍了两种结构完全对称的高灵敏度的摇摆质量陀螺.设计并制作了一种对角驱动的新型摇摆质量微陀螺.利用硅的各向异性湿法腐蚀等MEMS体加工技术,简化了该微陀螺的制作工艺.该微结构的对称性、一致性和加工精度有很大改善,尤其是振动梁、激励部件和敏感部件等关键部件.详细阐述了该微陀螺的工作原理和结构设计,完成了微陀螺关键部件的制作和样机组装.利用NF公司的FRA 5087频率响应分析仪测试了样机大气下的振动模态,其中驱动频率为5.563 2 kHz,检测频率为5.553 4 kHz,频差为9.8 Hz,小于0.2%.利用频谱分析的方法测试了样机的哥氏力.测试结果表明这种摇摆质量微陀螺的设计与制作方法是可行的.     

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.     

各向异性湿法刻蚀z切石英后结构侧壁形貌的预测

基于石英晶体各晶面的湿法刻蚀速率,研究了石英微结构侧壁形貌的预测方法,讨论了各向异性湿法刻蚀石英的规律.首先,总结了石英各主要晶面的相对刻蚀速率,分别绘制了x、y族刻蚀速率矢量图.然后,在掩模层的边缘处,通过绘制相应的晶面刻蚀速率矢量图,得到各速率矢量的晶面线,晶面线所围成的最小轮廓即是石英微结构的刻蚀形貌.最后,利用该方法预测了x向和y向石英梁的侧壁形貌.在70℃的氢氟酸和氟化铵混合溶液内刻蚀5h,制作了厚度均为500μm的x向和y向两种石英微梁.结果显示,y向梁的-x向侧壁有一均匀整齐的晶棱,棱高210 μm,而+z向侧壁平滑.x向梁的侧壁均有晶棱,+y向晶棱较大,棱高为450 μm,-y向晶棱棱高为240 μm.所制作梁的侧壁形貌与预测结论基本吻合,验证了预测方法的正确性.基于该方法可在石英微结构的设计阶段,通过引入工艺因素对微结构进行优化.     

并联机构位形空间的拓扑结构研究

采用微分拓扑和微分流形为数学工具,分析了并联机构位形空间的拓扑结构特点,阐述了位形空间奇异点与拓扑结构的关系,并以典型的平面和空间并联机构为例进行了具体地分析。     

并联机构的奇异与冗余

分析并联机构的奇异位形对机构精度、刚度的影响 ,提出了采用机构冗余来减小和消除奇异位形的影响的方法 ,并分析几种冗余的方法及其效果。     

用于旋转物体状态监测的新型传感器

本文提出了一种用于旋转物体状态监测的新型传感器，介绍了其原理与组成，并对其特性进行了测试，结果表明：该传感器具有较高的可靠性和较强的抗干扰能力。     

叉指式微硅加速度计的参数化设计

详细阐述了微硅加速度计的原理,根据材料力学以及结构动力学原理,分析了叉指式驱动/检测结构的动力学模型,推导了等效质量、等效阻尼、等效刚度等关键参数模型,分析了灵敏度、横向干扰等和结构参数的关系,为微硅加速度计的优化设计与改进提供了理论指导,实现了最优化设计和仿真.     

单片集成的高性能压阻式三轴高g加速度计的设计、制造和测试

设计、制造并测试了一种单片集成的压阻式高性能三轴高g加速度计,量程可达105g.x和y轴单元均采用一种带微梁的三梁-质量块结构,z轴单元采用三梁-双岛结构.与传统的单悬臂梁结构或者悬臂梁-质量块结构相比,这两种结构均同时具有高灵敏度和高谐振频率的优点.采用ANSYS软件进行了结构分析和优化设计.中间结构层主要制作工艺包括压阻集成工艺和双面Deep ICP刻蚀,并与玻璃衬底阳极键合和上层盖板BCB键合形成可以塑封的三层结构,从而提高加速度计的可靠性.封装以后的加速度计采用落杆方法进行测试,三轴灵敏度分别为2.28,2.36和2.52 μV/g,谐振频率分别为309,302和156 kHz.利用东菱冲击试验台,采用比较校准法测得y轴和z轴加速度计的非线性度分别为1.4%和1.8%.     

单片集成的高性能压阻式三轴高g加速度计的设计、制造和测试

设计、制造并测试了一种单片集成的压阻式高性能三轴高g加速度计,量程可达105g.x和y轴单元均采用一种带微梁的三梁-质量块结构,z轴单元采用三梁-双岛结构.与传统的单悬臂梁结构或者悬臂梁-质量块结构相比,这两种结构均同时具有高灵敏度和高谐振频率的优点.采用ANSYS软件进行了结构分析和优化设计.中间结构层主要制作工艺包括压阻集成工艺和双面Deep ICP刻蚀,并与玻璃衬底阳极键合和上层盖板BCB键合形成可以塑封的三层结构,从而提高加速度计的可靠性.封装以后的加速度计采用落杆方法进行测试,三轴灵敏度分别为2.28,2.36和2.52 μV/g,谐振频率分别为309,302和156 kHz.利用东菱冲击试验台,采用比较校准法测得y轴和z轴加速度计的非线性度分别为1.4%和1.8%.     

并联机器人奇异位形分析的几何方法

采用微分几何方法,提出一种针对一般并联机器人的奇异性的分类方法,依据奇异流形 与奇异运动方向的关系,将奇异性进一步区分为一阶奇异性和二阶奇异性,基于二阶奇异点分布 的连续性属性将其中的二阶奇异性进一步分为退化和非退化奇异性,并对退化奇异性的物理含 义进行了分析,指出退化奇异给机构带来的危险性.最后针对冗余驱动的平面二自由度并联机构 进行了分析.