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.     

杯形波动陀螺的振动仿真分析和试验

针对一种基于压电激励方式的杯形波动陀螺谐振子,进行理论分析并采用有限元软件,得到了谐振子在工作模态下的轴向与周向振幅分布特性,通过给出挠度函数重点分析了谐振子的径向振幅计算问题;最后对25 mm的杯形波动陀螺谐振子样机进行了试验验证。研究结果表明将谐振子沿轴向的振幅变化作线性处理是合适的,由仿真分析引出的幅值计算函数适用于实际情况分析,同时也为杯形波动陀螺谐振子的参数化建模及结构优化设计提供了依据。     

高灵敏度圆柱壳体振动陀螺的研究

灵敏度是陀螺的重要性能指标,灵敏度的提高可以直接带动精度提高,同时可以拓展陀螺的应用范围。影响圆柱壳体振动陀螺灵敏度的因素很多,本文通过考虑了科里奥利效应(Coriolis effect)的ANSYS谐响应分析,提取产生陀螺效应的圆柱壳体振动陀螺的输出位移,通过比较不同形状谐振子相同激励条件下的输出位移大小来反映灵敏度的大小。采用这种方法分别研究谐振子的各项参数对于陀螺灵敏度的影响规律,并基于仿真结果设计了高灵敏度的参数优化圆柱壳体振动陀螺谐振子,通过实验验证了该谐振子的高灵敏度。     

电容式MEMS器件模态频率的电学测试方法研究

针对电容式MEMS器件,提出了一种基于调制解调原理的模态频率测试方法,详细介绍了该测试方法的测试原理和测试系统的组成。利用Ansys对某插齿式微加速度计进行了模态仿真分析,分析得到的模态频率为3 941 Hz,利用该测试方法对该微加速度计进行模态频率测试,得到的测试结果为3 440Hz。仿真与测试得到的结果接近,验证了该测试方法的有效性,产生偏差的主要原因可能是制造过程中的加工误差。     

面向蜂巢式微机电陀螺模态交换工作模式的卡尔曼滤波

该文对模态交换工作模式下的蜂巢式微机电陀螺进行了噪声成分分析,并建立了噪声模型。提出采用卡尔曼滤波降低陀螺输出白噪声的方法,从而提升陀螺的静态性能,该方法可用于惯性寻北。实验结果表明,经滤波后陀螺输出在采样时间1 s下与未滤波前的平滑时间100 s下的陀螺输出噪声水平相当。陀螺输出白噪声幅值降低,从而缩短寻北时间。实际应用中,最短寻北时间可由卡尔曼滤波初值收敛后的时间进行标定。     

硅微陀螺模态频率温度特性的研究

硅微机械陀螺的零位输出受温度影响较大,为提高精度,对其进行温度误差补偿很有必要,而陀螺表头真空封装后内部温度难以直接测量.通过研究模态频率与温度之间的关系,发现驱动轴谐振频率与温度之间存在很好的线性相关性,同时具有很好的温度重复性.由于谐振频率的精度很高,所以用谐振频率测量温度会有很好的分辨率.因此,可以利用驱动模态的谐振频率来标定陀螺表头内部的温度,为下一步的温度补偿提供新的方法.     

微陀螺静电力调频的快速收敛算法研究

针对电容式微陀螺谐振结构,研究了静电力对谐振频率的影响规律,提出了一种快速收敛的静电力调频算法,建立了微陀螺调频实验系统,该系统采用扫频方法测量谐振频率,利用计算机控制调频收敛过程,并对微陀螺进行了调频实验,调频过程用时少于5分钟,实验结果表明该调频算法具有较快的收敛速度。     

基于多分辨率分析的硅微陀螺随机漂移时间序列建模

针对硅微陀螺的随机漂移误差,根据多尺度分析理论,提出了随机漂移趋势项提取算法,并应用于时间序列分析,采用波克斯-詹金斯法建立了ARMA模型。进一步采用长自回归-白噪化建模方法对模型进行了辨识和适用性检验。最后,构造Kalman滤波器对ARMA模型进行了滤波,滤波后方差减小了一个数量级,硅微陀螺原始漂移的零偏稳定性为34.428°/h,Kalman滤波后零偏稳定性为2.34°/h,有效地提高了陀螺的使用精度。     

自动增益控制在振动式微陀螺驱动中的应用

在振动式微陀螺的工作过程中,输入角加速度的变化将导致驱动轴振动幅值的变化,从而降低微陀螺的测量精度.文章研究利用自动增益控制技术使微陀螺驱动轴振动幅值保持恒定的方法,提出了合适的MIT自适应控制律,并且利用Simulink仿真验证了该方法的正确性与可行性,仿真结果表明,自动增益控制在提高微陀螺的测量线性度方面有显著作用.     

一种具有隔振框架的解耦硅微陀螺

提出了一种利用隔振框架解耦的硅微陀螺,其驱动模态和检测模态不仅有各自独立的支撑结构,还有各自独屯的惯性质量块,隔振框架隔离了驱动结构和检测结构,减小了模态之间的交叉耦合;利用TMAH湿法腐蚀结合深反应离子刻蚀工艺,在n型<100>低阻硅片上制作出了微陀螺样片,并为其研制了配套的测控电路;测试结果表明,驱动模态频率为2.981kHz,品质因子为800,检测模态频率为2.813kHz,品质因子为34,刻度因子为38mV/(°/s),线性度优于0.8%,微陀螺在0.5h内的零偏稳定度为0.28°/s.