硅微陀螺仪的误差分析

以z轴硅微陀螺仪为研究对象,对加工误差产生的误差信号进行了分析.由于加工误差,使得陀螺仪结构不对称,主要表现为支承梁不对称、梳齿间距不等,产生了不等弹性、阻尼不对称以及力不平衡这三种现象.以动力学方程为基础,分析了不等弹性和阻尼不对称产生的误差信号;以静电理论为基础,分析了驱动梳齿和敏感梳齿间距不等时产生的误差信号.分析结果表明,这些误差信号包含了正交耦合误差和与有用信号同相位的误差信号.最后,介绍了一种减小正交误差的方法,并进行了仿真.     

硅微陀螺仪驱动信号提取端口噪声分析

建立了硅微陀螺仪驱动模态的接口模型,设计了驱动速度信号敏感接口电路,分析表明合理的参数选择基本消除了接口模型中寄生电阻电容导致信号衰减.建立了接口电路的噪声模型,推导了各噪声源导致输出噪声电压公式.仿真和试验表明,由运算放大器的噪声电压和噪声电流,及上置直流偏置电阻R1所产生的噪声功率较大.因此,减小前置运算放大器的输入噪声电压、噪声电流以及寄生电容CPP或者增大直流偏置电阻R1可以有效抑制上述噪声的影响.     

硅微振动陀螺仪驱动器自激驱动研究

为了提高硅微机械陀螺仪的检测精度,稳定驱动振动速度的幅度和频率,采用了硅微机械陀螺仪自激驱动方式.该方式能够使驱动振动自动稳定在陀螺仪驱动模态的谐振频率上.同时,采用自动增益控制(AGC)保持恒定的驱动振动幅度.根据自激驱动电路原理和现有的陀螺样品,建立了陀螺仪驱动动力学方程的等效电路模型.设计、制作了自激驱动电路,仿真和实验结果表明该方法切实可行.     

硅微机械振动轮陀螺仪非线性动力分析􀀁

本文简单介绍了硅微机械振动轮陀螺仪的工作原理,并给出了该陀螺仪的非线性运动方程和线性化运动方程．针对该陀螺仪的运动方程,进行了数值仿真研究．根据数值仿真结果,还提出为了提高测量的线性度必须采用闭环控制．同时,还给出了闭环控制的方案．     

一个改进型的双框架硅微机械陀螺仪􀀁

本文分析了双框架式硅微机械陀螺仪的作用机理,提出了改进双框架式硅微机械陀螺仪性能的措施.仿真结果表明,通过改进,陀螺仪的灵敏度和信噪比都可以大大提高.     

一个改进型的双框架硅微机陀螺仪

本文分析了双框架式硅微机陀螺仪的作用机理，提出了改进双框架式硅微机工陀螺仪性能的措施，仿真结果表明，通过改进，陀义的灵敏度和信噪比都可以大大提高。     

硅微机械陀螺仪结构中的电容分析

为减小杂散电容提高信噪比,分析了硅微机械陀螺仪结构中的电容.并以某硅微机械陀螺仪的理论模型为对象,建立了陀螺仪结构中的电容模型.对每种电容进行了理论分析,并借助电路仿真软件对模型进行了仿真,分析了杂散电容对输出的影响,结果表明布线与活动结构间的电容对输出有很大的影响.提出了采用新工艺和合理的布线方法减小与活动结构间的电容,从而提高信噪比.     

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。     

双闭环真空硅微陀螺仪设计及测试性能分析

所设计的硅微陀螺仪工作在10 Pa,品质因素达到3000,采用CAN金属壳封装形式,测控线路采用闭环自激驱动,力反馈式闭环检测方式.驱动采用单边驱动单边检测,尽量使线路简化;检测采用双重分解和重构回路.测试结果表明:有用信号和正交信号实现很好的相位解耦,互不影响.在实现标度因素10 mY/(°)S-1的情况下,零偏稳定性已达到了60°/h;线性度已达到了400 ppm;带宽仿真达到150 Hz;这较以前设计的空气下闭驱开检方式下的硅微陀螺性能提高了近2个数量级.     

微机械陀螺仪模态分析

利用计算机软件对有限元法构建的微机械陀螺仪模型进行分析可以掌握其各种参数。根据静电梳状驱动结构,设计符合性能指标的陀螺仪结构,并利用有限元分析法借助ANSYS软件对陀螺仪进行模态分析,从而得出陀螺仪的驱动模态和敏感模态,为已经设计的结构提供分析和修正的参考,从而提高微机械陀螺仪设计结构的品质因数。     

硅微陀螺仪闭环正交校正研究

针对硅微陀螺仪中正交误差的来源进行了分析,设计了一种基于正交校正电极的闭环控制回路。该电路通过正交校正电极产生静电耦合刚度,以此来抵消结构耦合刚度,从而抑制正交误差。给出了设计方案的原理框图,利用Simulink对整个控制回路进行仿真,仿真结果表明该方案能够较好地抑制正交误差。对加入正交校正前后的硅微陀螺仪样机进行了测试,实验结果表明加入闭环正交校正后,陀螺仪样机的正交误差信号已基本消除,零偏稳定性较校正前提高了一倍以上。     

z轴硅微陀螺仪高精度闭环驱动研究

提出了一种z轴硅微陀螺仪高精度闭环驱动方案.该方案实现了闭环驱动的相角和增益条件的解耦;对相角进行了优化控制,消除了驱动频率和驱动模态固有频率的相对频差影响;利用闭环回路中直流控制量与驱动力间的非线性关系,实现闭环自激控制.试验结果表明,1 h内,驱动频率变化的均方差为0.009 Hz,相对变化量为2.2ppm(1ppm=10-6);驱动幅度变化的均方差为0.002 5 mV,相对变化量为15ppm;驱动信号的噪声功率谱密度低于-100 dB.由此可见,本方案使陀螺仪驱动性能得到了极大提高.     

硅微机械陀螺仪温度控制系统的PID算法实现

温度的变化对硅微机械陀螺仪的性能有较大的影响,对温度的稳定性控制有着重要意义。分析了硅微机械陀螺仪的温度影响机理,通过对表头测试得到性能参数随温度变化的规律。介绍了PID控制算法的基本概念,对其进行了系统仿真,并在实际的温控系统中完成了试验验证,试验结果表明利用PID算法实现的温控系统具有良好的控制效果。     

基于自适应控制的硅微振动陀螺仪驱动电路研究

硅微振动陀螺仪驱动模态的稳定性对其性能及可靠性有着重要作用.自激驱动能够使单个驱动模态稳定谐振在固有频率上,但对于双驱动模态,由于微机械加工误差的影响,固有频率存在偏差,很难实现频率匹配.研究了基于自适应控制的硅微振动陀螺仪的驱动电路设计,通过固定频率信号驱动和自适应调谐实现双驱动模态的一致性.理论仿真和实验结果表明该设计切实可行.     

微机械音叉陀螺的误差源研究􀀁

定性地讨论了微机械音叉特有的一些误差源。主要有机械结构的Ｂｒｏｗｉｎａｎ噪声,电路噪声,等。对上述误差源的认识是微结构制造和电路设计的基础。     

微机械电子隧穿陀螺仪研究初步研究􀀁

本文提出了根据微机械振动陀螺仪与电子隧道传感器相结合的设想,介绍了该型陀螺仪的工作原理,推导了陀螺仪的运动方程,从理论上阐述了该设想的可行性,仿真结果表明,该陀螺仪较电容检测陀螺仪,其灵敏度可以得到很大提高。     

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.