一种新型微机械陀螺仪结构方案设计与仿真

为了解决微机械陀螺仪驱动和检测模态耦合的问题,提出了一种新型的双质量块双线振动结构方案。根据微陀螺的结构和工作原理,对其驱动和检测模态进行了理论分析,给出了简化的动力学方程,并利ANSYS有限元分析软件进行了数值仿真,以验证设计思想的正确性。     

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.     

对称分布的三轴谐振陀螺仪的设计、分析与仿真

为了实现单片集成三轴陀螺仪,提出了一种完全对称的四方陀螺结构。介绍了该陀螺的结构设计及工作原理,给出了动力学简化模型,并给出了其动力学方程的详细推导。运用Ansys软件对陀螺结构进行了静态分析和模态分析,仿真结果表明,陀螺在施加100 GHz载荷下所受最大应力为1.942 MPa,陀螺各模态的固有频率分别为57.345 kHz、57.382 kHz以及57.395 kHz,各模态间匹配性能较好。对陀螺结构的仿真研究的结果表明其抗过载及模态匹配满足陀螺的设计要求。     

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。     

电容式微机械陀螺仪信号检测电路

本文提出了一种电容式微机械陀螺仪信号检测方案。该方案与将信号调制到高频后再检测的方案不同,所提方案只需在质量块上加一稳定直流电压,然后与敏感前端CV转换电路相连接,完成电容变化信号到电压信号的检测,因此,简化了电路结构,并且可以消除静态检测电容不相等所造成的误差和获得较低的等效输入噪声。文章对所设计的电路进行了简要介绍,并且对电路噪声性能进行了分析与推导,在Cadence环境下, 基于标准 0.25 um COMS工艺模型, 对电路进行设计和仿真,显示该电路可达1.2aF的电容分辨率。     

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。     

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。     

载体驱动微机械陀螺仪结构优化及性能仿真

MEMS陀螺仪是惯性制导系统中的关键仪表,其测量性能直接决定制导的精准度。但是,惯性制导系统旋转速度极高,其运动姿态难以准确实时测量。针对这一问题,研制了一种适用于高旋系统的载体驱动微机械陀螺仪。以提高机械灵敏度为目标,对载体驱动微机械陀螺仪进行了结构优化,使用MATLAB对敏感元件的结构参数进行了优化,利用COMSOL软件建立了仿真模型,对优化后的结构进行了模态分析、静力学分析、谐响应分析和重力分析,验证了优化方案的合理性。经结构优化后,陀螺仪的固有频率为201.3 Hz,机械灵敏度为13.3 nm/(°/s),较优化前提高了57.2%。     

对称解耦硅微陀螺仪结构设计研究

硅微机械陀螺仪的驱动模态和敏感模态间的交叉耦合制约了其性能的提高。设计了一种对称解耦硅微机械陀螺仪,它的驱动机构与检测机构都做线性滑膜阻尼振动且完全解耦,使得驱动和敏感模态之间的耦合小、结构振动平稳性好、品质因数高。该微陀螺仪的驱动与检测支承梁完全相同且对称分布,使得驱动模态和敏感模态的谐振频率受加工误差和温度变化的影响近乎相同,所以频率匹配性好,结构的灵敏度大大提高。实验测试结果表明对称硅微机械陀螺仪的耦合误差得到了有效减小,并且它的驱动和检测谐振频率仅相差6Hz,其品质因数在空气条件下分别为145和117,检测模态的品质因数与采用压膜阻尼振动方式进行检测的硅微机械陀螺仪相比有了显著提高。     

关于提取微机械陀螺仪输入角速度的研究

研究了陀螺的输出信号,包括被两次调制的哥氏加速度信号和机械耦合误差、电子机械耦合误差等误差信号,以及对它们做信号处理获得输入角速度信号的技术     

微机械陀螺管芯测试方法

采用低分布参数陶瓷探针卡和卡上前置放大器的静电驱动测试方案,解决了微机械陀螺管芯测试中分布参数的影响问题,测得准确的频率特性,获得应用、评估中必需的谐振频率、品质因数(Q值)等参数。在将管芯与测试电路分离、结合的过程中,四维精密位移台发挥了良好的作用。显微视频系统使观察、记录更加准确方便。虚拟仪器技术的应用提高了测试过程的自动化程度。系统为快速剔除不合格产品、测试评估各项性能指标提供了快速有效途径,在促进微机械陀螺技术发展与产业化过程中必将发挥重要的作用。     

磁悬浮转子微陀螺旋转驱动电路设计

介绍了基于MEMS技术的磁悬浮转子微陀螺的基本原理,重点对旋转的原理进行讨论,给出相应实现方案的指标分析和系统设计,并进行了实验.经过驱动后,微陀螺可以得到3 000 r/min的旋转效果,并对旋转的转速和力矩进行了分析.     

CMOS-MEMS体硅陀螺的系统仿真

体硅MEMS和CMOS电路的单片集成技术是提高传感器性能的有效途径,但是集成技术会对陀螺的设计和CMOS电路的设计提出更高的要求。本文通过建立CMOS-MEMS体硅陀螺的等效电学模型,实现了对CMOS-MEMS体硅陀螺的系统级仿真。通过系统仿真,陀螺的结构部分、电路部分、集成产生的寄生效应以及工艺误差得到了有效的分析,从而能够了解它们相互之间的影响,更好的指导CMOS-MEMS体硅集成器件的设计。     

微陀螺模态特性的参数化分析方法

模态分析是微陀螺结构设计的重要环节,针对一种采用L形截面悬臂梁支撑的微陀螺结构,提出了参数化的模态分析方法.建立了微陀螺的参数化模型,以VC作为封装ANSYS的APDL命令流的工具,开发了微陀螺参数化的模态分析模块.利用该模块研究了微陀螺模态频率随主要结构尺寸变化的规律,发现对模态频率影响较大的是硅结构的厚度和支撑梁的...     

微机械陀螺仪检测反馈控制系统研究

以单自由度硅微振动轮式陀螺仪的检测动极板为控制对象,系统的结构特性决定了只能选择反馈控制方式对其进行控制。为实现这种控制对控制系统进行建模以及设计合适的校正环节。反馈方式控制的应用可以有效地改善系统的动态特性和稳态特性。加入校正环节后的系统幅值和相角裕度分别达到了17.5dB和57.3°,这为实际的应用提供了指导。     

高Q值音叉式微陀螺静电自激驱动研究

为了提高检测精度,对研制的具有滑膜阻尼的音叉式微机械陀螺采用静电自激驱动方式,它能够使驱动振动自动稳定在驱动模态的固有频率上,并保持恒定的驱动振动速度幅度。分析了静电自激驱动电路工作原理,采用自动增益控制(AGC)设计制作了相应的检测电路,实现了Q值为325、谐振频率为2.04 kHz微陀螺的闭环恒幅自激振动。     

一种高灵敏度硅微机械陀螺的设计与制造

设计与制造了一种高灵敏度的硅微机械陀螺。陀螺用静电来驱动,用连接成惠斯顿电桥的压阻式力敏电阻应变计来检测。主梁、微梁 质量块结构实现了高灵敏度。比较硬的主梁提供了一定的机械强度,并且提供了高共振频率。微梁很细,检测时微梁沿轴向直拉直压。力敏电阻应变计就扩散在微梁上,质量块很小的挠动就能在微梁上产生很大的应力,输出很大的信号。5V条件下,陀螺检测部分的理论灵敏度达到27.45mV/gn。压阻式四端器件用来监测驱动振幅,可以反馈补偿压阻的温度系数。检测模态的Q值达260使陀螺能在大气下工作。陀螺利用普通的n型硅片制造,为了刻蚀高深宽比的结构,使用了深反应离子刻蚀(DRIE)工艺。     

压电微固体模态陀螺的安装技术

压电微固体模态陀螺（ PMMG）利用压电PZT长方体的某高阶共振模态作为参考振动,是一种抗冲击、抗震动能力强的新型全固态陀螺。获得优化的参考振动振型对提高陀螺性能至关重要,但是大多数文献都没有涉及到封装对参考振动的影响。利用有限元方法（ FEM）分析了压电振子安装时支撑点位置与接触面积对参考振动的影响,分析结果表明：相对于接触面积的变化,支撑点位置的变化对陀螺参考模态的影响更大。该研究结果为压电微固体模态陀螺的安装方法提供了理论基础。     

磁悬浮转子微陀螺及其悬浮力与稳定性的分析

磁悬浮转子微陀螺是一种集经典陀螺的工作原理与易实现微加工批量生产的特点于一体,可望得到高准确度的微陀螺。它是基于电磁场原理得以悬浮、旋转以及稳定;以ANSYS5.6有限元分析软件包为工具分析了悬浮线圈中的电流幅值和线圈宽度对悬浮力的影响规律;分析了磁悬浮转子微陀螺的运行稳定性,验证了稳定线圈能使微转子稳定运行,从而磁悬浮转子微陀螺的设计得以论证。进行的数值计算为优化微陀螺的结构设计提供依据。