杠杆耦合式微机械陀螺仪特性分析

基于机械杠杆的位移放大效应,提出了一种具有微杠杆结构的电容检测式微机械陀螺结构,所设计的杠杆放大机构设置在陀螺的检测模态中,通过杠杆将科氏质量块的检测位移放大传递到检测框上,以提升检测位移。建立杠杆结构陀螺的二阶振动微分方程,分析了杠杆结构对微机械陀螺结构静刚度和固有频率的影响,探讨了在不同结构条件下杠杆结构对检测位移的放大效果。通过仿真验证了理论的准确性与可行性,结果表明,在陀螺谐振情况下,可有效增大检测框位移60%以上,提升了检测位移,进而提升检测灵敏度。     

一种高性能的硅微谐振陀螺

基于谐振敏感原理,设计了硅微谐振陀螺,它具有直接的准数字式频率输出、高灵敏度、参数设计灵活等优点,其结构包括质量块、悬臂梁、杠杆放大机构、双端固支音叉(DETF)、激励和检测梳齿.内外质量块结构和杠杆机构特殊设计可以实现结构解耦;质量块外置、杠杆放大结构及双DETF结构可以改善结构灵敏度.模态分析和谐响应通过A.NSYS进行,公式运算和参数优化通过MATLAB实现.从仿真结果可以看出,陀螺的灵敏度值为75 mHz/(deg/s),且实现了自解耦.     

一种新型三自由度谐振式MEMS陀螺

针对谐振式MEMS陀螺检测带宽与检测灵敏度相矛盾的问题,根据两质量块谐振器具有对机械位移放大的特点,提出了一种新型结构的谐振式MEMS陀螺,采用单自由度驱动、双自由度检测,驱动模态谐振频率落在检测模态两个质量块谐振频率叠加形成的平坦区域内,有效增加了陀螺检测带宽,提高了陀螺的抗干扰性能。建立了新型谐振式MEMS陀螺结构动力学模型,对陀螺结构进行有限元仿真分析,在常压环境下对陀螺结构进行测试。结果表明,该结构有效增加陀螺检测带宽,改善了陀螺的抗干扰性能,克服了由于工艺加工精度不足带来的陀螺结构不对称所引起的误差,降低了对加工工艺和加工精度的要求。     

谐振式微加速度计杠杆机构的建模与优化

谐振式微机械加速度计的微尺寸质量块引起的惯性力很小,严重制约了加速度计灵敏度的提高,因此提出采用杠杆机构放大惯性力.由于硅基微杠杆机构的各部分均为刚性连接,且杠杆的输入、输出端有约束存在,制约了杠杆的自由转动,使惯性力不能高效放大.为此,设计了基于柔性支点的杠杆机构,建立了微杠杆机构的物理和数学模型,推导出杠杆机构各部分刚度的匹配原则.利用ISIGHT软件,采用遗传算法对结构参数进行了优化.     

谐振式微加速度计杠杆机构的建模与优化

谐振式微机械加速度计的微尺寸质量块引起的惯性力很小,严重制约了加速度计灵敏度的提高,因此提出采用杠杆机构放大惯性力。由于硅基微杠杆机构的各部分均为刚性连接,且杠杆的输入、输出端有约束存在,制约了杠杆的自由转动,使惯性力不能高效放大。为此,设计了基于柔性支点的杠杆机构,建立了微杠杆机构的物理和数学模型,推导出杠杆机构各部分刚度的匹配原则。利用ISIGHT软件,采用遗传算法对结构参数进行了优化。     

谐振式微加速度计杠杆机构的建模与优化

谐振式微机械加速度计的微尺寸质量块引起的惯性力很小，严重制约了加速度计灵敏度的提高，因此提出采用杠杆机构放大惯性力。由于硅基微杠杆机构的各部分均为刚性连接，且杠杆的输入、输出端有约束存在，制约了杠杆的自由转动，使惯性力不能高效放大。为此，设计了基于柔性支点的杠杆机构，建立了微杠杆机构的物理和数学模型，推导出杠杆机构各部分刚度的匹配原则。利用ISIGHT软件，采用遗传算法对结构参数进行了优化。     

一种新型解耦硅微机械陀螺的设计

提出了一种新型静电驱动微机械陀螺结构,采用两组对称的梳齿结构作为驱动电极,同时采用中央质量块栅格和与驱动电极相同的梳齿两种结构检测感应模态的振动,每种结构设计两组独立的检测电极,分别采用差分方式进行检测,有效提高了陀螺的灵敏度。该陀螺结构的驱动模态和感应模态振动相互解耦,振动特性相似,固有频率、阻尼系数和品质因数等参数接近。采用有限元法分析了该结构的参数和特性,介绍了结构的制作流程。该结构谐振频率高、阻尼系数小,可达到较高的测量分辨率和准确率。     

一种新型解耦硅微机械陀螺的设计

提出了一种新型静电驱动微机械陀螺结构,采用两组对称的梳齿结构作为驱动电极,同时采用中央质量块栅格和与驱动电极相同的梳齿两种结构检测感应模态的振动,每种结构设计两组独立的检测电极,分别采用差分方式进行检测,有效提高了陀螺的灵敏度。该陀螺结构的驱动模态和感应模态振动相互解耦,振动特性相似,固有频率、阻尼系数和品质因数等参数接近。采用有限元法分析了该结构的参数和特性,介绍了结构的制作流程。该结构谐振频率高、阻尼系数小,可达到较高的测量分辨率和准确率。     

基于轴承式杠杆机构的光纤光栅高频地震检波器设计

针对目前高频段信号波的研究相对薄弱的问题,设计了一种基于轴承式杠杆机构的光纤光栅高频地震检波器。该检波器以杠杆机构和其中的轴承支点为创新点,使用仿真软件对检波器模型进行了静态结构分析、模态分析和谐波响应分析。仿真结果表明：该地震检波器的仿真灵敏度为64.588 pm/g,仿真固有频率为1 638.5 Hz;调整杠杆放大机构动力臂与阻力臂长度比例和摆线铰链的切割半径,得到检波器的仿真固有频率为1 204.4 Hz,仿真灵敏度为75.56 pm/g。     

抗过载微陀螺结构的高灵敏设计与仿真

为解决高过载微陀螺难以实现高灵敏检测的问题,设计了一种高灵敏且高过载的微陀螺结构。设计的微陀螺结构驱动模态与检测模态的频率高度匹配,提高了微陀螺的结构灵敏度。该微陀螺采用面内检测方式,驱动与检测模态阻尼类型主要为滑膜阻尼,实现了在大气压环境下微陀螺的高品质因数Q值设计。微陀螺均采用双悬臂梁设计,增加了微陀螺结构的稳定性,进而提高了其抗过载能力。最后通过微陀螺的器件级仿真,得到了所设计陀螺结构在驱动方向过载能力约为100 000g(g=9.8m/s~2),检测方向过载能力约为70 000g的前提下,结构灵敏度为53nm/[(°)/s]。     

一种解耦硅MEMS陀螺结构优化及性能仿真

以高机械灵敏度为设计目标,对一种解耦硅MEMS陀螺进行了结构优化,并利用有限元分析软件ANSYS对该MEMS陀螺进行了模态、应力、位移、抗过载及谐响应仿真分析,确定并验证了高灵敏度MEMS陀螺的结构优化原则。优化后的硅MEMS陀螺驱动和检测模态谐振频率分别为3700与3718Hz,机械灵敏度可达0.95nm/(°/s),能够承受500g的冲击载荷,并且能够实现驱动模态和检测模态解耦。     

MEMS光栅陀螺制造与测试

根据MEMS光栅陀螺工作原理,对陀螺结构仿真,并进行了晶圆级陀螺制造.在ANSYS中建立陀螺结构模型,并进行仿真分析.仿真结果显示,其驱动模态为7 287 Hz,检测模态为7 288 Hz,频差为1 Hz,表明结构有高灵敏度.通过工艺设计,采用溅射、湿法腐蚀、深反应离子刻蚀、阳极键合等工艺成功制造了 MEMS光栅陀螺....     

一种新的MEMS陀螺温度误差建模与补偿方法

为了减少温度对微机电系统(MEMS)陀螺仪测量精度的影响,改进了一种不需要测量温度的MEMS陀螺温度误差建模与补偿方法。该方法首先通过多项式拟合得到MEMS陀螺全温区零偏与温度的多项式模型,并根据最小二乘法原理确定模型阶数,然后通过分析温度对驱动轴相位的影响,得到驱动轴相位的温度模型,最后得到零偏与驱动轴相位的多项式拟合模型并针对该模型对陀螺零偏进行补偿。实验结果表明,该方法能降低温度造成的陀螺误差,提高MEMS陀螺的使用精度。     

杠杆放大式双足压电直线电机的建模及优化设计

杠杆放大机构设计对于杠杆放大式双足压电直线电机的性能起决定性作用。该文分析了杠杆放大式双足压电电机的作动机理,建立了基于柔性铰链的杠杆放大机构的动力学模型,对机构放大率进行了理论计算,纵向、横向理论放大率分别为3.12和1.98。利用有限元软件进行仿真分析,理论计算与有限元仿真误差分别为3.1%、14.6%。在此基础上,利用遗传算法对杠杆放大机构柔性铰链结构参数进行优化设计,优化后驱动足纵向、横向位移分别提高了17.6%、8.1%。     

Si MEMS陀螺仪的正交耦合补偿技术

为了减小正交耦合误差对硅微电子机械系统(MEMS)陀螺仪性能的影响,提高陀螺仪零偏精度,对MEMS陀螺仪正交耦合补偿技术进行研究.建立MEMS陀螺仪动力学模型,分析正交耦合产生的原因,介绍了各类正交耦合补偿机理.设计了一款可实现静电刚度补偿的MEMS陀螺仪,并利用绝缘体上硅(SOI)工艺进行制备.利用现场可编程门阵列(...     

一种新的微机械陀螺品质因数测试方法

传统的微机械陀螺采用扫频方法测试结构的品质因数,存在耗时长、测量效率低和精度差等问题.提出了一种新的品质因数测量方法,该方法的原理是通过对陀螺的驱动端施加一个激励脉冲,采集驱动检测端的相应衰减信号,并通过处理得到衰减信号的频率和斜率,从而检测陀螺的品质因数.采用自行设计的激励电路,外购NI公司的高速采集卡和基于LabV...     

基于微小型稳定平台的MEMS陀螺信号调理电路设计与测试

为提高MEMS陀螺的使用精度,本文基于微小型稳定平台应用背景设计了高精度MEMS陀螺信号调理电路,实验表明该电路提升了陀螺仪的使用精度。本文设计的调理电路采用高速24位Δ-Σ型A/D转换电路和高精度差分放大器对陀螺信号进行处理。基于MEMS陀螺仪搭建了两轴陀螺组件,并将两轴陀螺组件安装于高精度三轴转台,进行测试。采集MEMS陀螺模拟输出和数字输出数据,分别进行Allan方差分析。结果表明：该调理电路使X轴MEMS陀螺零偏不稳定性指标提升13.63%,Y 轴MEMS陀螺零偏不稳定性指标提升19.347%。