浅析微机械石英陀螺的设计

本文根据振动陀螺的工作原理,利用公理化设计理论进行了分析,建立振动陀螺设计模型,使用该模型石英振动陀螺仪传感元件—石英音叉片进行分析。利用有限元法是应用于音叉电子晶片灵敏度数据分析,评估其优缺点,设计石英音叉片解耦,为其他的设计提供有利的参考。     

音叉式全解耦微机电陀螺的设计与仿真

文中对严重影响微机电陀螺(简称微陀螺)灵敏度的机械耦合误差进行深层研究和分析,提出并设计了一种基于体硅制造的新型全解耦音叉式微陀螺仪。为实现新型微陀螺的驱动和检测模态完全解耦,在一定的带宽下保持较高的检测灵敏度,采用了新型敏感检测梁和对称的音叉式结构。根据微陀螺仪的实体模型建立了其动力学模型,应用两种空气阻尼模型对检测阻尼特性进行了研究和计算。通过多种固有模态的匹配仿真试验和谐响应分析,确定了新型微陀螺的检测方式和弹性梁结构参数。仿真结果显示,该新型陀螺实现了驱动和检测方向的完全独立,显著减小了机械耦合误差。     

相关检测与自动增益控制在音叉式石英微陀螺中的应用

通过研究音叉式石英微陀螺的工作原理,针对如何提升音叉式石英微陀螺的各项性能参数等问题,介绍了基于相关检测和自动增益控制的一种陀螺正弦恒幅驱动和弱信号检测方案,并应用于石英微陀螺角速率传感器中,有效地提高了陀螺仪的各项性能.     

LMS算法在微石英音叉陀螺信号解调中的应用

为了提高微石英音叉陀螺检测角速度信号的性能,提出了一种应用于微石英音叉陀螺角速度信号的最小均方(least mean square,LMS)解调算法.通过在Systemview通信软件里对LMS算法进行仿真,仿真结果表明此算法可以解调调幅角速度信号,可滤除其他噪声;在DSP里实现LMS算法,通过大量速率测试显示与传统相关解调比较,LMS解调算法的零位稳定性比相关解调提高了50.16％,分辨率也有提高.仿真和测试结果表明LMS算法应用在陀螺角速度信号的解调中能收到比相关解调更好的效果.     

石英音叉扫描探针显微镜

石英音叉是一种谐振频率稳定、品质因数高的时基器件,其音叉臂的谐振参数(谐振振幅和谐振频率)对微力极其敏感。利用石英音叉对外力的敏感性,与钨探针结合,构成一种新型的表面形貌扫描测头。该测头与xyz压电工作台结合,利用测头音叉臂谐振频率对扫描微力的敏感性,研制基于相位反馈控制的扫描探针显微镜。首先介绍石英音叉测头的构成、工作原理和特性测试,以及由该测头构建的扫描探针显微镜的结构和测试、分析。通过对测头和系统的测试结果分析,系统达到1.2 nm的垂直分辨率,并通过对一维栅的测量,给出扫描获得的试样表面微观形貌图以及相位图,证明系统的有效性。另外,由于采用大长径比的钨探针,该系统具有测量大深宽比微器件表面轮廓的能力。     

石英音叉传感器测量流体密度和黏度的研究

文中基于石英音叉传感器测量流体密度和黏度的理论,搭建了实验测试平台,验证了该传感器可同时测量流体密度和黏度的可行性.另外,实验测量了石英音叉谐振频率受温度影响的程度,为石英音叉传感器在更高温度下测量流体的密度和黏度提供温度校准依据.实验结果表明:当流体温度20～80℃变化时,石英音叉传感器测量5种流体密度的相对误差基本...     

基于相位反馈控制的压电微音叉扫描探针显微镜

压电微音叉具有谐振频率稳定、品质因数高和易于实现音叉臂的振动检测等优点。利用微音叉的这些特性,将其与钨探针结合,构成了压电微音叉扫描探针显微镜(SPM)测头,可实现对微观表面的测量。该测头扫描时,压电微音叉的谐振频率被试样表面原子和钨探针尖端原子间的作用力调制。探针的谐振状态通过锁相环路(PLL)实现,微音叉测头与试样间的恒定测力及测头的Z向定位通过相位反馈控制实现。此外,测量系统可同时获得试样表面的微观轮廓图和相位图。     

应用石英音叉谐振器的智能温度传感器

为了实现高精密温度测量,设计了高性能数字温度传感器,该传感器由石英音叉谐振器,数字接口电路和基于现场可编程门阵列的传感器重置控制算法构成。依据石英晶体压电效应原理,对石英音叉谐振器的热敏切型和电极设置进行了研究;基于力学振动原理,导出石英音叉谐振器弯曲振动模式的微分方程;讨论了谐振式温度传感器的工作原理,提取出石英音叉温度传感器的特征参数并进行了非线性误差分析;采用光刻和侵蚀技术加工制作了石英音叉谐振器。该传感器的频率输出信号通过数字接口进入现场可编程门阵列,通过重置控制算法实现传感器的重置和现场自动校验。实验结果表明,在-20 ~140 ℃,该传感器的灵敏度可达65×10^-6/℃,测温分辨率为0.001 ℃,响应时间为1 s,测温精度为0.01 ℃。     

石英音叉液体密度传感器的阻抗谱测量

阐明了石英音叉液体密度传感器的工作原理,制备了石英音叉液体密度传感器探头,设计了以AD5933为核心的石英音叉密度传感器的阻抗谱测量系统,主要包括阻抗测量电路、信号调理电路、量程自动切换电路,结合人机交互模块,可以实现参数设置、数据处理和显示。最后测试实验表明,该阻抗谱测量系统具有较高的精度和稳定性。     

石英MEMS陀螺漂移周期性误差补偿研究

为提高基于石英MEMS陀螺仪的微小型惯性导航系统的性能,本文对应用于MIMU的石英MEMS陀螺仪零点漂移中周期性误差补偿方法的原理和特点进行分析研究,得到一种新的补偿方法.该方法先利用数据平滑前的数据确定误差折算公式的系数,再以折算公式补偿数据平滑后得到的低频数据.从实验结果来看,这种方法在保证实时性要求的前提下,能避开数据平滑过程对周期性误差频率稳定性的影响,提高补偿精度,是一种有效的石英系列MEMS陀螺仪漂移实时补偿方法.