电磁驱动微机械陀螺接口电路的研究

电磁驱动电容检测的力平衡微机械陀螺相对于压阻检测等方式的其他形式的微机械陀螺来说,具有高灵敏度及高精度的突出优点,但是其接口电路也比较复杂.这一接口电路从功能上可分为驱动电路和检测电路两个部分:驱动电路的主要功能是使微机械陀螺产生在驱动模态固有频率下的振幅稳定的正弦振动;检测电路的主要功能是拾取陀螺所产生的角速度信号....     

电容式硅微机械陀螺仪结构设计及仿真

通过对微机械陀螺的调研分析,提出了一种新型微机械陀螺仪,并对陀螺进行了结构设计.该结构采用静电梳齿驱动、栅结构电容检测,使陀螺具有较高灵敏度.驱动模态和检测模态均为滑膜阻尼,能够实现较高的Q值,且具有一定的解耦特性.文中通过仿真分析得到了结构的各阶频率,使陀螺驱动模态和检测模态固有频率匹配,验证了结构的合理性.结合现有...     

基于锁相技术的微机械陀螺闭环驱动电路

传统的闭环驱动电路其输出信号的频率与微机械陀螺驱动方向的固有频率存在一定偏差,且频率抖动较大,系统的建立时间较长．基于上述不足,在分析微机械陀螺闭环驱动方式工作原理的基础上,提出一种基于锁相技术的闭环驱动电路方案,电路进入稳定工作状态时,交流驱动电压与驱动方向敏感电流的相位及频率一致．微机械陀螺在驱动方向谐振,显著改善了输出信号的频率特性．仿真结果表明,这种闭环驱动电路输出信号频率与微机械陀螺驱动模态固有频率完全一致,频率抖动及系统建立时间分别是传统闭环驱动电路的38％和50％．通过实验验证了该方法的可行性     

双框架微机械陀螺制备关键技术

研究了对双框架微机械陀螺性能有重要影响的关键制备技术,即不去胶条件下的电铸厚度检测、控制技术,以及结构层内应力的检测、控制技术。在此基础上采用本实验室自对准的准LIGA工艺制备出陀螺结构,其活动区面积为1．0×1．0mm2,框架厚度4μm。经加电测试,已观测到内、外框架在空气中的振动。     

振弦式硅微机械陀螺

提出了一种新的振弦式硅微机械陀螺的设计方案,这一陀螺的制作采用硅微机械工艺.一方面,陀螺驱动模块采用电磁力驱动,这样能极大地提高驱动幅度;另一方面,陀螺检测模块采用差分的双振弦方式,从而提高了检测精度.通过陀螺检测模块的振弦将角速度的变化直接转换成输出信号的频率变化,这样能够极大地提高信号的抗干扰能力.理论分析表明,这...     

微机械陀螺信号处理方法的比较研究

介绍了谱消除法、小波变换和数学形态学滤波三种信号处理方法进行消噪的基本原理,并分别采用这三种方法对微机械陀螺的静态漂移信号和动态仿真信号进行了去噪声处理,对处理前后的信号误差大小及其分布情况以及处理过程的运算量和实时性进行了比较.结果表明,对于静态漂移信号的处理,三种方法的滤波效果大致相当.对于动态信号,数学形态学滤波器的滤波效果比其它两种滤波器的滤波效果要好,并且,数学形态学滤波器具有运算量小,实时性较好的优点,十分易于硬件实现.     

一种新型微机械陀螺的研究

设计了一种检测模态和驱动模态具有相近品种因子的微机械陀螺。这种我们称之为栅型结构的陀螺由悬空弹簧将具有栅条的检测质量块与衬底相联。计算结果表明,这种器件在大气压条件下其驱动模态和检测模态的品质因子几乎同为140。同时,计算结果还表明可以获得比较平坦的较大带宽。采用硅－玻璃键合和深反应离子刻蚀技术制作了这种器件。     

三自由度水平轴硅微机械陀螺结构设计与仿真

为了兼顾测量带宽和灵敏度的要求，提出了一种三自由度水平轴硅微陀螺系统，此系统由3个质量块组成。质量块2与质量块3组合后与质量块1构成了一个二自由度驱动方向的谐振器，再利用该谐振器进行动力学放大，得到非谐振状态下的大驱动振幅．陀螺驱动频率响应曲线有两个谐振尖峰，在两峰值之间存在一个较平坦的区域，当陀螺驱动工作在频率响应曲线的平坦区域时，机械增益虽然比工作在谐振尖峰处小，但机械增益受频率变化的影响减小，驱动频率的工作带宽增加，使得对驱动的控制要求相对宽松．文中给出了动力学放大原理及所设计的陀螺结构的理论计算和仿真值．     

微机械陀螺结构的稳健优化设计

本文提出一种基于容差分析的微机械陀螺稳健设计方法,开发了相应的稳健优化设计流程.该方法采用估算目标函数和约束的名义值与扰动值来定义系统稳健性,同时将最坏情况容差作为设计参数的扰动.在集成了器件建模和优化工具的设计环境中开发了相应的自动化设计流程,可用于微机械陀螺的结构设计.优化算法使用遗传算法.讨论了不同的稳健设计方法,结果表明本文的方法能以合适的计算成本获得高质量的结果.系统敏感性分析表明,稳健优化设计结果对误差是不敏感的.采用蒙特卡洛分析检验稳健设计的产出率,结果表明有88%的试验样本是可接受的,而对于确定性优化,仅有50%的可接受样本.微结构已经采用键合-深反应离子刻蚀工艺加工出来.     

微机械谐振子单端口电容检测方法研究

针对微机械谐振子电容信号难以检测的问题,本文采用基于频域分离的单端口静电激励／电容检测方案,并配合以隔离变压器应用技术。这种检测方式时域连续,除此,单端口检测既简化了谐振器结构,又避免了双端口检测中激励信号与检测信号存在耦合干扰的问题。实验结果表明：所设计的方案可以有效观测到梁的谐振现象并解算出谐振子的振动信息,为下一步实现单端口谐振子的闭环奠定了基础。     

相关检测技术在光纤陀螺信号处理中的应用

利用Allan方差分析法建立了随机误差源的模型,给出了相关检测技术的原理,提出了基于相关检测原理的自适应横向滤波器的设计方案;光纤陀螺输出信号微弱,在频域随机分布,增加了信号处理的难度.相关检测技术有较强的抗干扰能力,试验结果显示,经过相关检测技术处理后,有效的抑制了光纤陀螺的随机误差.     

硅微z轴谐振陀螺仪负电刚度效应分析及实验验证

介绍了在开环工作状态下硅微z轴谐振陀螺仪由于加工工艺缺陷所导致的误差机理。为减小陀螺仪初始电容差和抑制正交耦合误差，提出了一种闭环控制检测策略。重点分析了其力矩反馈器的电刚度效应并给出其线性数学模型表示式。通过对硅微z轴陀螺仪敏感模态的反馈力与谐振频率的关系分析，间接得出了在敏感方向上电负刚度与力矩器所施电压的内在联系，并在实验上进一步验证电刚度效应。这将为下一步闭环控制方案的设计奠定重要基础。     

硅微z轴谐振陀螺仪负电刚度效应 分析及实验验证

介绍了在开环工作状态下硅微z轴谐振陀螺仪由于加工工艺缺陷所导致的误差机理。为减小陀螺仪初始电容差和抑制正交耦合误差,提 出了一种闭环控制检测策略。重点分析 了其力矩反馈器的电刚度效应并给出其线性数学模型表示式。通过对硅微z轴陀螺仪敏 感模 态的反馈力与谐振频率的关系分析,间接得出了在敏感方向上电负刚度与力矩器所施电压的 内在联系,并在实验上进一步验证电刚度效应。这将为下一步闭环控制方案的设计奠定重要 基础。     

微机械谐振式硅桥传感器

本文描述了微机械谐振式硅桥传感器的工作原理,硅桥制作过程以及传感器的工作特性。讨论了传感系统的检测灵敏度与光纤头到硅桥表面距离的关系。实验结果表明,激励硅桥谐振的光功率是在10～450μW,探测信号的光功率在300μW时,其系统的信噪比为25～40dβ,它具有重要的实际应用价值。     

半导体平面工艺在金属微细加工中的应用

借鉴半导体集成电路的制造工艺，运用制版，光刻、腐蚀等平面工艺技术，制造微型金属光栅，是在金属制造工艺方成的一种尝试，也是半导体微细加工技术在其他领域的推广应用。本文简要介绍了这种思路的引出，方案的可行性，试验结果及推广应用实例。     

电容式射频微机械谐振器芯片级测试技术

针对用电容式射频微机械谐振器芯片级测试时信号微小、寄生效应严重、从而使得激励和检测困难的问题,本文对基于固支梁的微机械谐振器的电学测试理论和技术进行了研究.利用机电类比的方法得到了包含寄生参数的谐振器的等效电路并利用安捷伦的ADS电路仿真软件进行模拟.根据电路仿真结果分析了谐振器寄生参数对测试结果的影响,并在此基础上搭建了经过良好电磁屏蔽设计的谐振器单端口电学测试平台.使用合适的偏置,对谐振器进行了芯片级测试.得到了一个8.6 MHz谐振器的幅度——频率响应特性曲线,其结果与设计值相符.     

一种新型硅微机械粘滞型谐振真空计

在对静电激励硅微机械谐振真空传感器研究的基础上，实现了一种新型的粘滞型谐振真空计。并给出了理论分析和实验结果。测试表明，其有效量程为1～1．33×103Pa。