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。     

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.     

硅微机械陀螺的差分电容信号处理技术

本文针对电容式微机械陀螺的接口电路设计、闭环驱动、微弱信号检测和处理等问题开展研究。在充分满足陀螺本身工作需要的甚础上设计并实现了它的接口电路。同时进行了初步的实验分析。得到的结果显示它基本完成了驱动陀螺并且解调检测陀螺信号的功能,并且取得了测试结果。     

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。     

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....     

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     

振动式微机械陀螺的电学模拟

根据振动式微机械陀螺的动力学模型导出其等效的电学模型，并利用电路模拟工具对其进行了模拟。利用电路模拟结果，分析了陀螺的运动特性。利用这个电学模型，可以与接口电路混合模拟，优化检测电路的设计。     

基于鞍点逼近的机械结构可靠性稳健优化设计

将可靠性优化设计理论与可靠性灵敏度分析方法相结合,讨论了机械零部件稳健优化设计的问题.系统地推导了基于鞍点逼近的可靠性灵敏度公式,并把可靠性灵敏度计算结果融入可靠性稳健优化设计模型之中,将可靠性稳健优化设计归结为满足可靠性要求的多目标优化问题.在基本随机参数概率分布已知的前提下,应用鞍点逼近技术,得到极限状态函数的分布函数与概率密度函数,并且将此结果应用到机械零部件的可靠性灵敏度分析中,进而实现了机械零部件的可靠性稳健优化设计.通过与Monte-Carlo方法计算所得的结果相比可知,应用鞍点逼近技术可以迅速、准确地得到机械零部件可靠性稳健设计信息．     

一种全对称微机械陀螺的双级解耦机构特性

为了实现微机械陀螺的频率匹配和双级解耦,提出了一种全对称双级解耦结构体硅微机械陀螺.该陀螺结构完全对称,容易实现驱动和检测模态谐振频率的匹配,提高系统灵敏度.驱动和检测方向的主要阻尼均为滑膜阻尼,在常压下工作也可以获得较高的品质因子,避免了器件的真空封装.利用4组十字折梁,实现了结构的双级解耦.仿真结果表明,模态之间的耦合系数小于0.17%.采用体硅微机械加工技术制作了样品,关键工艺有硅-玻璃阳极键合和DRIE技术.基于计算机图像技术对微机械陀螺进行了测试,验证了陀螺的解耦功能,在常压条件下测得该陀螺的品质因子为195,灵敏度为8.031 mV/（（°）.s^-1）.     

音叉振动式微机械陀螺弹性梁的研究

以一种音叉振动式微机械陀螺为研究对象,建立了四自由度微机械陀螺动力学模型,重点分析了驱动微弹性梁和检测微弹性梁刚度较大方向的微弹性系数对微机械陀螺动力学性能的影响.设计了三段检测梁和两段驱动梁并推导出其微弹性系数公式,建立了微弹性梁的评价函数,通过实例解析对微机械陀螺动力学性能进行了优化.结果表明:优化后的微机械陀螺具有较好的健壮性和较高的灵敏度.此研究结果适用于音叉式微机械陀螺,而且对其它MEMS器件的设计具有重要的参考价值.     

Simultaneous Optimization of Robust Parameter and Tolerance Design Based on Generalized Linear Models

Robust parameter design (RPD) and tolerance design (TD) are two important stages in design process for quality improvement. Simultaneous optimization of RPD and TD is well established on the basis of linear models with constant variance assumption. However, little attention has been paid to RPD and TD with non‐constant variance of residuals or non‐normal responses. In order to obtain further quality improvement and cost reduction, a hybrid approach for simultaneous optimization of RPD and TD with non‐constant variance or non‐normal responses is proposed from generalized linear models (GLMs). First, the mathematical relationship among the process mean, process variance and control factors, noise factors and tolerances is derived from a dual‐response approach based on GLMs, and the quality loss function integrating with tolerance is developed. Second, the total cost model for RPD‐TD concurrent optimization based on GLMs is proposed to determine the best control factors settings and the optimal tolerance values synchronously, which is solved by genetic algorithm in detail. Finally, the proposed approach is applied into an example of electronic circuit design with non‐constant variance, and the results show that the proposed approach performs better on quality improvement and cost reduction. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

An Implementation Technique for Multivariate Robust Design

This paper investigates systematically the problem of multivariate robust parameter design.First, a measurement criterion for the total variation of multivariate quality characteristics is introduced by the result of information theory. Then the implementation procedure in the robust design is presented. After that, a simulation example from a practical industrial process is provided. Finally, some comments and further work are discussed.     

An Affordable Approach for Robust Design of Thick Laminated Composite Structure

A systematic and affordable approach is proposed for the robust design of thick laminated composite structures. Our approach integrates the principles of the Robust Concept Exploration Method (RCEM) for designing complex engineering systems and the hierarchical multi-level optimization procedure for managing the complexity of composite structure optimization. Foundational to the proposed approach is the use of Design of Experiments (DOE) techniques and the Response Surface Methodology (RSM) for improving computational efficiency in using high fidelity design simulations; and the use of the robust design method for improving the quality of a product that is insensitive to potential variations of design parameters. Our approach is illustrated through the design of a laminated composite femoral component for hip joint arthroplasty. The solution yields the robust design of a composite hip implant, which is applicable for a range of bone stiffness, thereby eliminating the need to design specifically for an individual.     

汽车零部件(弹簧)的可靠性稳健优化设计

应用汽车零部件可靠性稳健优化设计的理论方法,对汽车典型弹簧系零部件,如扭杆弹簧、螺旋弹簧和钢板弹簧进行了可靠性稳健优化设计,给出了计算仿真分析结果,为工程实际的汽车零部件的可靠性稳健优化设计提供了理论依据。     

汽车零部件(轴)的可靠性稳健优化设计

应用汽车零部件可靠性稳健优化设计的理论方法,对汽车典型轴系零部件,如半轴、前轴和后桥进行了可靠性稳健优化设计,给出了计算仿真分析结果,为工程实际的汽车零部件的可靠性稳健优化设计提供了理论依据。     

汽车零部件的可靠性稳健优化设计——理论部分*

将可靠性优化设计理论与可靠性灵敏度分析方法相结合，讨论了汽车零部件的可靠性稳健优化设计问题，提出了可靠性稳健优化设计的计算方法。把可靠性灵敏度融入可靠性优化设计模型之中，将可靠性稳健优化设计归结为满足可靠性要求的多目标优化问题。     

方差分析法在鲁棒公差设计中的应用

目前公差优化设计主要在于降低加工成本,而很少考虑公差对制造加工的敏感度问题。为此,在公差设计中采用了方差分析法,通过对加工模拟所产生的一系列数据的分析,找出对封闭环有显著影响的设计变量,并提高该设计变量的公差要求,从而减小封闭环对加工变动的敏感度,实现面向质量的鲁棒公差设计。     

基于模拟试验法的离散公差稳健设计

 在分析计算机辅助公差设计技术的研究现状的基础上，提出了基于模拟试验法的离散公差稳健设计方法．在该方法中将加工成本与质量损失作为两个独立的目标函数，从而建立离散公差优化设计模型，采用试验设计法和CP方法相结合的技术实现公差的稳健设计，最后用实例证明该方法的可行性．     

电磁雷管的稳健性设计

文章以电路分析为基础，建立了电磁雷管设计的数学模型，导出了感应电流Ｉ２和相关参数的理论方程。基于此方程，探讨了电磁雷管进行稳健性设计的途径。