一种双自由度双级解耦微机械陀螺的特性分析

为了降低微机械陀螺的机械耦合和改善工作稳定性,提出了一种新颖的双自由度双级解耦微机械陀螺.建立并求解了该陀螺的动力学方程,并从理论上分析了陀螺的系统特性.利用数值求解工具MATLAB模拟了陀螺的幅频特性,结果表明当品质因子从50变化到1 000时,平坦区带的幅度和相位变化很小.理论和模拟均证实了该陀螺在选择适当的工作区带时,能获得较高的工作稳定性.     

一种Z轴微机械陀螺的自解耦方法研究

在分析了微机械陀螺机械耦合误差产生原因的基础上,提出了一种解耦梁方案,可以从结构上消除振动式微机械陀螺敏感模态对驱动模态的耦合影响;基于该解耦梁方案设计了一种新型的Z轴微机械陀螺结构.分析表明,该陀螺结构消除了敏感模态对驱动模态的耦合影响,实现了解耦设计的目的.     

双电容接口式微机械陀螺的信号检测方法

在研究双电容接口式微机械陀螺结构与分析传统差分电容检测方法对其驱动力的影响的基础上,提出了一种适合于该陀螺的新型信号检测方法,此方法具有两个显著特点:第一,能够使公共电容极板偏置到零电压,消除其对驱动力的影响,进而提高微机械陀螺的系统灵敏度;第二,能够消除直流电压的不匹配以及失调电压对输出信号的影响.最后,通过HSPICE软件仿真验证了该方法的可行性.     

一种新型解耦陀螺的结构及电路设计

提出了一种新型的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另外一组梳齿两种结构检测感应模态的振动.该结构阻尼系数小,可达到较高的测量分辨率和准确率.本文采用解析方法和有限元法分析了该结构的振动阻尼特性、机械解耦和噪声特性以及梳齿结构的电磁学特性.提出了该结构的驱动电路和信号检测电路,并对电路特性进行了仿真分析.     

磁悬浮转子微陀螺电容结构设计

为了实现磁悬浮转子微陀螺的电容检测,使用数值积分方法计算了新型磁悬浮转子微陀螺的电容值与转子倾斜角度的关系。计算确定了电容极板尺寸,电容的连接采用了差动电容的连接方式。通过电容检测电路,检测到了小角度输入范围内的陀螺输出信号。检测结果表明:该电容结构对于静态角度输入具有较好的线性响应,该微陀螺原形的电容结构能够检测到的转子倾斜角度可达到0.1°,对应的电容变化约为1 000 aF,满足了微陀螺对电容检测的要求。     

一种新型电磁式微机械陀螺的结构设计与仿真

介绍了一种基于介观压阻效应的新型电磁式微机械陀螺,对陀螺进行了结构设计。该结构采用电磁驱动方式,实现了工作电压小、驱动力大、行程大的要求;采用共振隧穿二极管(RTD)所具有的介观压阻效应检测方式,本质上提高了陀螺的灵敏度。用ANSYS软件对结构进行了模态分析和路径分析,确定了结构的固有频率和RTD放置位置。结合目前工艺要求,对该陀螺进行了工艺设计并实现了结构加工。     

微机械陀螺的仿真与优化

微机械陀螺依靠振动模态频率来测量旋转角速度,通常微机械结构的振动模态相当复杂。虽然已有很多文章研究了如何调节驱动模态和敏感模态以获得最大的敏感度,却很少有人分析微机械陀螺的振动模态。振动模态与陀螺结构的设计参数有极大的关系,这些参数包括陀螺检测质量的尺寸、支撑系统的类型和尺寸,以及用以制造陀螺主体的多晶硅的残余应力。研究了一个静电驱动、电容检测、敏感垂直轴角速度的陀螺(也称平面陀螺)。同时,用有限元法分析法对微机械陀螺的结构进行了分析。     

新型双级解耦合微机械陀螺设计与仿真

在分析了微机械振动式陀螺机械耦合误差的基础上,提出了一种新型的双级解耦合的陀螺结构,可将驱动模态和检测模态完全隔离,以避免驱动对检测的同频干扰。通过在敏感质量和检测质量间用弹性连接来抑制和减小机械耦合误差。文中还对新结构进行有限元模拟,最后分析了系统频响。     

闭环驱动微陀螺电路建模与仿真

微机械陀螺以抗;中击强度高、功耗低等优点在军事、民用方面都有着巨大的应用潜力,是各国研究机构和公司研究的一个重点方向。系统建模与仿真可以验证陀螺接口电路方案的可行性,指导具体模块电路的实现,实现结构与电路的协同优化设计。本文从陀螺接口电路的工作原理出发,对其进行数学语言描述,最终实现它的Simulink建模与仿真,从而验证电路方案设计的可行性,为后续工作奠定基础。     

金刚石半球谐振微陀螺的结构设计与制备方法

提出了一种新的金刚石半球微陀螺结构,应用Comsol有限元分析软件建立了该振动结构的有限元模型,分别进行了模态分析、谐响应分析仿真.模态分析仿真结果表明:该结构工作模态的频差为76 Hz,工作模态与寄生模态固有频率最小差值为37045 Hz;谐响应分析表明,在0°方向上陀螺工作模态的振动频率为26593 Hz,最大位移...     

正交梁式隧道效应微机械陀螺仪的设计与仿真

针对传统的角速率陀螺仪存在的缺点与不足,根据电子隧道效应的特点,设计了一种新型基于隧道效应的微机械陀螺仪,运用计算机辅助软件ANSYS对其进行了建模和仿真.把电子隧道原理应用到微机械振动陀螺中对振动位移进行检测,结构简单,功耗低,抗干扰能力强,可靠性好,线性度高,具有很高的灵敏度,尤其在提高微机械振动陀螺的测量精度和灵敏度的方面显示其优势.     

单片集成三轴微机械陀螺技术初步研究

设计了一种单片集成三轴微机械陀螺,制造了一批样机,进行了初步的驱动特性的实验研究,研制结果表明,陀螺性能符合设计要求.     

振动式微机械陀螺的带宽特性分析

对振动式微机械陀螺的带宽特性进行了讨论,以设计的一种带解耦结构的振动式微机械陀螺为模型,利用数学工具软件MATLAB对其进行了带宽特性分析.分析结果表明,对于2自由度的陀螺,驱动频率的带宽不仅与驱动模态和检测模态的频率匹配有关,而且与两个模态的阻尼匹配有关.随着驱动模态和检测模态频率匹配的降低,带宽先增加然后基本保持不变.随着驱动和检测模态阻尼匹配的降低,带宽一直减小.通过实现驱动模态与检测模态的频率匹配和阻尼匹配可以获得最大机械灵敏度和最大驱动频率带宽.     

微机械陀螺ASIC接口电路设计

在分析微机械陀螺接口电路工作原理的基础上,采用中电集团第24研究所的3μm10 V P-well标准模拟CMOS工艺设计并制作了微机械陀螺ASIC接口电路.电路HSPICE仿真灵敏度为0.252 mV/aF.芯片面积为5.5 mm×4.4 mm,在此工艺流片并进行了芯片测试.结果表明,在10 V电源电压下,其功耗为49.3 mW,输出摆幅为4.85±3.1 V,输出节点的零点偏离为0.15 V.此芯片具有微陀螺驱动及信号检测功能,可实现与微陀螺敏感结构的双片集成.     

磁悬浮转子微陀螺的电容检测系统分析和实现

介绍了一种新型磁悬浮转子微陀螺的电容检测方案,其特点是检测定子上径向分布的电容极板和悬浮转子形成差动电容的变化.检测电路为基于相关检测原理的交流电容电桥的方法.电路实现中采用积分电荷放大器作为前置级,对其输出和噪声进行了深入的分析.之后,前置级的输出信号经过低噪声放大器进行放大,再通过带通滤波以及相关解调等电路实现检测系统需要的输出幅值和信噪比.实验证明,实现的检测系统对角度输入有较好的线性响应,角度分辨率达到0.1°,即可检测到的电容变化约为1fF.     

一种新型微机械谐振式压力传感器研究

提出了一种微机械谐振式压力传感器的新结构.该传感器采用了电磁激励和差分检测方式.谐振器的制作采用了30μm厚扩散硅的(100)硅片.从而实现了谐振器与压力膜的一体化,避免了谐振梁与压力膜键合引入的应力,并且工艺简单易于实现.文中介绍了结构的有限元仿真(FEA-ANSYS Simulation)优化,工艺制作流程,及实验测试.在低真空下测试其品质因数(Q)高于10 000,测量范围为0～100 kPa,非线性度为0.62%,分辨率为1/10 000,灵敏度为200 Hz/kPa.     

微机械梳状驱动陀螺仪的理论分析

在导出静电驱动力表达式的基础上，论述微机械梳状驱动陀螺仪的工作原理和动力学方程，并说明了陀螺仪参数对测量灵敏度的影响．