MEMS加工误差对圆环形与多边形多环陀螺结构对称性的影响研究

基于前期实验结果,为了进一步研究MEMS加工误差对多边形与圆环形多环陀螺结构加工后结构对称性的影响,作为对比,基于相同的结构设计原则,分别设计了2组不同结构半径与环数的圆环形与多边形多环结构,并在同一晶圆上完成了2组结构的MEMS工艺加工.搭建了多环陀螺参数测试系统对结构频差进行测试,测试结果表明,2组实验中多边形结构...     

利用MEMS综合微加工方法实现的非全硅微陀螺技术

本文的主要内容包括(1)简要介绍了硅微型陀螺仪的分类及其基本工作原理,包括硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪、振动轮式微机械陀螺仪、硅微型框架驱动式陀螺仪.(2)详细介绍了以微陀螺为核心的微型惯性测量系统的组成,在应用中的关键技术,主要问题及解决途径,并展望了微型惯性测量系统的发展前景.(3)提出了利用MEMS综合微加工方法实现的非全硅微陀螺技术.     

多自由度球轴承与轴的刚度耦合分析与计算

单一条件下球轴承的载荷-变形分析结果在理论和实际上存在偏差,同时分析球轴承时未考虑轴的受载变形影响,为此,将球轴承与轴的变形分析相结合,在考虑轴受载变形的轴承-轴刚度模型的基础上,提出了一种球轴承-轴的刚度计算方法。首先,基于赫兹接触理论以及变形协调与力平衡原则,构建了轴承刚度计算模型;基于欧拉梁模型,构建了轴刚度计算模型;基于材料力学与结构力学理论,构建了轴承-轴刚度耦合模型;然后,根据材料力学理论,通过刚度矩阵的耦合,实现了对轴与轴承的耦合分析;最后,将软件计算结果与文献对照数据进行了对比,以验证所提出的计算方法能够对球轴承-轴的刚度进行计算。研究结果表明：采用球轴承-轴的刚度计算方法得出的最终数据与文献数据的对比结果误差在7%左右,在可接受的误差范围内,验证了所提出的计算方法能够精确、快速地对球轴承-轴模型的刚度进行计算;该研究工作可为传动系统的力学分析提供一些理论和计算方面的参考。     

敏感轴安装偏角的误差分析与标定方法

针对光电辅助惯导的高精度定位定向系统而言,系统间敏感轴安装偏角的标定是惯导系统初始对准的关键。建立了敏感轴安装偏角的标定原理,将安装偏角的标定转化为对横向位置误差的标定,详细分析影响横向位置误差的主要因素,将惯导系统误差的影响与安装偏角影响分离,采用递推最小二乘算法标定出安装偏角所引起的横向位置偏差。仿真结果表明：敏感轴安装偏角的标定精度优于10″,实验验证结果优于20″（1σ）,并且算法简单、实验操作方便、耗时较少、对外在环境依赖性小,因此本系统满足高精度定位定向系统的对准要求。     

一种基于MEMS技术的新型谐振式微流量传感器

提出了一种新颖的微机械谐振式微流量传感器.该传感器采用电磁激励方式.传感器主要由1个3 μm 厚H型谐振器、1个40 μm厚的悬臂梁平板(2 000 μm×5 000 μm)以及连接平板和框架的2根40 μm厚的支撑梁组成.谐振器采用低应力富硅氮化硅SiN制作,可以方便地使用湿法腐蚀释放谐振器,从而简化工艺流程,提高成品率.文中分析了理论模型、有限元仿真(FEA)、工艺制造和测试结果.测试结果显示,传感器在1 SLM(标准L/min)流量下,频率漂移为500 Hz,分辨率达到5/1 000.但在输出(谐振器频率漂移)和输入(气体流量)间存在二次曲线关系.     

基于损伤力学-临界面法预估多轴疲劳寿命

基于损伤力学理论建立的非线性疲劳寿命预估模型在多轴疲劳寿命预估中获得了广泛的应用,但该模型并未考虑损伤面发生的位置及其物理意义,将其与临界面法相结合提出一种新的多轴非线性疲劳寿命预估模型,新模型能够弥补现有的非线性疲劳寿命预估模型未考虑临界面物理意义的不足。新模型从损伤的角度来预估多轴疲劳寿命,不仅考虑了临界面上裂纹形成及扩展的物理意义、相位差对附加强化现象的影响,而且对非对称加载下的平均应变进行修正。新模型仅仅利用单轴疲劳试验数据以及单轴疲劳材料常数就可以预估出试样的多轴疲劳寿命,从而避免了代价高昂的多轴疲劳试验。采用45钢、316不锈钢、钛合金TC4三种材料的多轴疲劳试验数据对提出的模型进行评估和验证,对几种材料比例/非比例以及对称/非对称加载下的多轴疲劳寿命进行预估,预估结果与试验结果的误差都在5%以内,结果表明提出的多轴非线性疲劳寿命预估模型具有较高的预估精度。     

基于遗传算法的微机械陀螺的多学科设计优化

基于micro-electro-mechanical system(MEMS)技术的微机械陀螺是集传感器、致动器、检测与控制等于一体的复杂多学科交叉系统,其整体特性是各个子系统综合作用的结果。在充分考虑工艺、结构、电路、工作环境等多学科或因素的约束条件下,提出微机械陀螺的多学科概念设计模型。以陀螺的灵敏度最大为优化目标,利用遗传算法对设计模型进行全局优化,获得初步的最优设计方案,并采用有限元软件ANSYS验证优化结果的正确性。     

基于误差灵敏度的静电刚度式谐振微加速度计频率鲁棒性设计

运用误差灵敏度分析理论对静电刚度式谐振微加速度计在工艺误差下的初始谐振频率进行鲁棒性设计,通过解析法建立频率鲁棒条件下的机电耦合参数关系,指出合理的机械结构尺寸关系与合理的静电场电压调节都可以提高加速度计的频率鲁棒性,从而大大地降低结构设计难度与工艺加工要求;根据静电刚度式谐振微加速度计的刚度耦合特性及微加工工艺的不成熟性,频率的鲁棒性是通过驱动电路电压调节来实现的,从而说明了在微电子机械系统中,由工艺误差所引起的器件性能波动可以通过适当的电路调节进行补偿;运用硅微键合工艺与深反应离子刻蚀技术加工出加速度计的谐振器结构,将结构尺寸代入参数关系式中,得出保证频率鲁棒性的外加检测电压为1.37V。     

刚度阵奇异的多平行轴转子系统振动的求解

分析了具有斜齿轮传动的多平行轴转子系统,采用集中参数模型,用传递矩阵法建立了系统弯扭耦合振动方程,系统振动方程的刚度阵、阻尼阵为大型稀疏、不对称阵,由于刚度为奇异阵,使方程的求解更加困难。本文用两种方法求解了系统的振动方程。     

基于传感器标定系统的微陀螺频率特性检测方法

本文设计了一种利用丹麦B＆K公司的9610型振动传感器标定系统对叉指式微陀螺的频率特性进行检测的方法；在分析微陀螺的受迫振动特性的基础上，阐述了频率特性的检测方法；设计了检测电路。     

基于最小分辨率的MEMS陀螺漂移抑制方法研究

针对油气井MEMS陀螺定向测斜仪存在的漂移大,精度较低的问题,本文从实际工程应用角度出发,在研究MEMS陀螺仪输出信号漂移特性的基础上,提出了基于最小分辨率的MEMS陀螺漂移抑制方法,利用输出采样的差分值,从MEMS陀螺输出中将传感信号和漂移信号分离,同时通过静态测点对漂移进行估计.实验表明,该方法大幅提高了仪器测量精度,使定向精度提高50％以上,同时该方法为其它类似传感器漂移抑制提供了一种有益的参考.     

基于EMMAP的MEMS陀螺噪声估计与滤波方法研究

针对MEMS陀螺仪测量精度低、随机噪声具有不确定性和非线性的问题,提出一种基于最大期望算法(Expectation maximum,EM)和极大后验估计(Maximum a posterion,MAP)的无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman filter,UKF)——EMMAP-UKF的陀螺噪声估计与滤波方法。根据极大后验估计原理,构造出一种次优无偏MAP噪声统计估计模型,并在此基础上引入最大期望算法将噪声估计问题转换为数学期望极大化问题,实现对观测噪声方差的动态调整,最终实现陀螺仪随机漂移误差的估计与滤波处理。最后通过Allan方差对陀螺噪声滤波方法的性能进行评估,通过半实物仿真验证了本方法的有效性。     

基于S-M法的时变需求库存控制方法

西尔弗-米尔启发式算法(S-M法)是常用的库存控制方法,被用于解决时变需求下的库存控制问题.首先,介绍了S-M法的应用条件与计算原理,并设计了相应的MATLAB程序,用于计算面向时变需求的企业订货时间和订货量;其次,根据某公司在过去的需求数据,利用灰色预测法得出该公司将来的需求数据;最后,通过对预测得到的数据进行算例分析来验证提出方法的正确性和有效性,并进行了敏感性测试.