一种新型解耦硅微机械陀螺的设计

提出了一种新型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与驱动电极相同的梳齿两种结构检测感应模态的振动,每种结构设计两组独立的检测电极,分别采用差分方式进行检测,有效提高了陀螺的灵敏度。该陀螺结构的驱动模态和感应模态振动相互解耦,振动特性相似,固有频率、阻尼系数和品质因数等参数接近。采用有限元法分析了该结构的参数和特性,介绍了结构的制作流程。该结构谐振频率高、阻尼系数小,可达到较高的测量分辨率和准确率。     

一种新型解耦硅微机械陀螺的设计

提出了一种新型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与驱动电极相同的梳齿两种结构检测感应模态的振动,每种结构设计两组独立的检测电极,分别采用差分方式进行检测,有效提高了陀螺的灵敏度。该陀螺结构的驱动模态和感应模态振动相互解耦,振动特性相似,固有频率、阻尼系数和品质因数等参数接近。采用有限元法分析了该结构的参数和特性,介绍了结构的制作流程。该结构谐振频率高、阻尼系数小,可达到较高的测量分辨率和准确率。     

一种具有隔振框架的解耦硅微陀螺

提出了一种利用隔振框架解耦的硅微陀螺,其驱动模态和检测模态不仅有各自独立的支撑结构,还有各自独立的惯性质量块,隔振框架隔离了驱动结构和检测结构,减小了模态之间的交叉耦合;利用TMAH湿法腐蚀结合深反应离子刻蚀工艺,在n型〈100〉低阻硅片上制作出了微陀螺样片,并为其研制了配套的测控电路;测试结果表明,驱动模态频率为2.981kHz,品质因子为800,检测模态频率为2.813kHz,品质因子为34,刻度因子为38mV/(°/s),线性度优于0.8%,微陀螺在0.5h内的零偏稳定度为0.28°/s.     

一种具有隔振框架的解耦硅微陀螺

提出了一种利用隔振框架解耦的硅微陀螺,其驱动模态和检测模态不仅有各自独立的支撑结构,还有各自独屯的惯性质量块,隔振框架隔离了驱动结构和检测结构,减小了模态之间的交叉耦合;利用TMAH湿法腐蚀结合深反应离子刻蚀工艺,在n型<100>低阻硅片上制作出了微陀螺样片,并为其研制了配套的测控电路;测试结果表明,驱动模态频率为2.981kHz,品质因子为800,检测模态频率为2.813kHz,品质因子为34,刻度因子为38mV/(°/s),线性度优于0.8%,微陀螺在0.5h内的零偏稳定度为0.28°/s.     

一种高性能的硅微谐振陀螺

基于谐振敏感原理,设计了硅微谐振陀螺,它具有直接的准数字式频率输出、高灵敏度、参数设计灵活等优点,其结构包括质量块、悬臂梁、杠杆放大机构、双端固支音叉(DETF)、激励和检测梳齿.内外质量块结构和杠杆机构特殊设计可以实现结构解耦;质量块外置、杠杆放大结构及双DETF结构可以改善结构灵敏度.模态分析和谐响应通过A.NSYS进行,公式运算和参数优化通过MATLAB实现.从仿真结果可以看出,陀螺的灵敏度值为75 mHz/(deg/s),且实现了自解耦.     

速率陀螺式稳定平台陀螺解耦的一种算法

速率陀螺式稳定平台由于框架结构在加工和装配过程中的误差,会造成陀螺彼此耦合,从而给输出视线角速度带来误差。给出了二自由度速率陀螺式稳定平台陀螺解耦的一种算法,该算法可以将处理器采集到的陀螺数据直接进行解耦计算,获取视线角速度。     

基于小波分析的MEMS陀螺信号去噪

介绍了小波基本理论,建立了微机械(MEMS)陀螺的数学模型,将小波变换用于MEMS陀螺信号处理,并且在MEMS陀螺的静态和动态两种情况下,分析比较Daubechies小波的滤波效果,并和二阶IIR滤波器的滤波效果进行比较.仿真结果证明了采用Daubechies小波对MEMS陀螺信号去噪的有效性和可行性.     

MEMS环形振动陀螺结构设计与仿真分析北大核心

针对轴对称壳形振动陀螺的工作机理与振动特性,提出了一种新颖的全对称U型梁MEMS环形波动陀螺,并分析了其工作原理、振动特性与敏感工作方式。在此基础上应用ANSYS有限元分析软件建立了该环形振动陀螺谐振结构的有限元模型,分别进行了模态分析、谐响应分析、瞬态冲击响应分析与静力分析。仿真分析结果显示该环形陀螺驱动与敏感模态固有频率的频差为33 Hz,工作模态的频率匹配性较好;工作模态与其他振动模态的最小频差为1 032 Hz,能够有效抵抗环境振动的干扰;谐振结构在10 000g的瞬态冲击作用下最大应力为39.5 MPa,可以正常稳定工作。     

基于PSO优化RBF神经网络的MEMS陀螺温度补偿

针对微电子机械系统(MEMS)陀螺温度变化影响其零偏误差的问题,提出了一种基于粒子群优化(PSO)和径向基函数(RBF)神经网络的陀螺零偏补偿方法.通过RBF神经网络对预处理后的陀螺零偏的温度误差建立模型,用PSO 搜索RBF神经网络的最优参数来提高其泛化能力后,将PSO-RBF神经网络最优参数用于补偿陀螺零偏.实验结果证明了该算法的有效性,经PSO-RBF神经网络算法补偿后,MEMS陀螺零偏的最大误差从0.046(°)/s减小到0.003 4(°)/s,标准差从0.042 7(°)/s减小到0.001 3(°)/s,有效提升了陀螺的零偏稳定性.     

石英微机械陀螺敏感芯片的结构解耦特性研究

石英微机械陀螺敏感芯片通常采用双端音叉结构,驱动音叉和检测音叉的振动耦合误差是其主要误差源。对双端音叉结构陀螺敏感芯片进行了结构解耦设计仿真,分析了芯片安装区对检测音叉振动特性的影响。通过解耦设计,减小了零偏误差信号,提高了陀螺敏感芯片的稳定性。     

一种MEMS热驱动可变电容的分析模拟

文中设计并分析了一个MEMS热驱动可变电容,它的下极板固定于衬底,上极板通过热致动器驱动。热致动器由冷臂和热臂组成,一端通过锚点固定于衬底,一端连接在电容器上极板。热驱动器通过电压驱动使MEMS电容器上极板上下运动。文中作者使用有限元方法模拟了150～300μm加热臂长在0～4 V电压条件下的电容变化值和温度变化,有限元模拟结果表明其电容变化率最大可达10倍。     

基于改进小波阈值法处理MEMS陀螺信号噪声

小波具有多分辨率分析特性,利用小波阈值去噪可以有效地处理MEMS陀螺信号的噪声.针对常用阈值小波去噪方法的不足,提出了一种改进的小波阈值方法.详细介绍了该方法的原理与实现过程,并将其应用到MEMS陀螺信号处理过程中.使用db4小波,应用不同的阈值函数对MEMS陀螺信号进行4尺度分解.仿真实验分析比较表明,改进的小波阈值方法可以有效地剔除信号中的噪声,抑制了MEMS陀螺仪的随机漂移;与现有的阈值方法相比,信噪比提高了18.3%.     

局域均值分解在MEMS陀螺随机误差消噪上的应用

针对标准Kalman滤波需要建立准确的系统模型、小波阈值降噪对小波基和阈值的选取依赖于经验的不足,将局域均值分解(LMD)方法引入MEMS陀螺的随机误差滤波.该方法可自适应地将随机误差信号分解为若干PF分量之和,且对各分量进行小波降噪处理,将处理后的各分量相加得到降噪信号.实验分析表明该滤波方法效果明显.     

一种新型MEMS微电感制作工艺和模拟研究

采用光刻、干法刻蚀、电镀等微机电系统(MEMS)工艺设计了一种新型的带磁芯的螺线管微电感。采用COMSOL Multiphysics有限元软件,计算了不同频率交流载荷下的等效电阻、等效电感和阻抗随频率变化的关系。模拟结果表明,在1kHz¹MHz的频率范围内,其等效电感值基本不变,约为27nH,电阻值约为9Ω,射频模拟结果表明其共振频率为0.45GHz。     

基于半参数回归模型的微陀螺仪温度补偿技术

设计了一种基于半参数回归模型的微陀螺仪温度补偿方法.针对微陀螺仪启动时受温度变化影响明显、角速度输出误差较大的问题,提出对于温度的补偿不仅要考虑趋势项,而且要估计模型误差.建立了温度补偿的半参数回归模型,采用补偿最小二乘进行求解.实验结果表明,对于某型微陀螺仪采用温度补偿的半参数回归模型是可行且有效的,相对于常规的多项式拟合方法,补偿后的信号噪声降低了1个数量级,优于0.005 (°)/s,从而有效缩短了陀螺仪启动稳定时间.     

Simulation of the potting effect on the high-G MEMS accelerometer

The package structure of a high-G microelectromechanical systems (MEMS) accelerometer was studied using the finite element method. When the Young’s modulus of the potting resin is E<1 GPa, vibration of the package behaved as vibration of the potting resin at natural frequencies much lower than those of the header. Potting resin with E≥5 GPa was rigid enough and suitable for the potting of the accelerometer. Under a 100,000-G acceleration, the output voltage of the accelerometer decreased slightly (by about 0.1%) with the increase in Young’s modulus or density of the potting resin. The simulated output voltage was close to the analytical solution, well linear with the acceleration applied. The potting effect on the output voltage of the accelerometer could be ignored.     

基于数据融合的MEMS陀螺信号处理研究

针对当前MEMS陀螺仪信号为非平稳、非线性、不同步和信号量大的特点,提出了一种基于数字信号处理器(DSP)信号高速实时处理平台的、并结合多传感器数据融合技术的MEMS陀螺信号处理方案。该方案设计了基于SCC1300MEMS陀螺和DSP的信号采集处理平台,并运用正交基神经网络数据融合算法对采集的陀螺数据进行融合处理。实验结果表明,该方案在保证对陀螺信号进行高速实时采集的基础上,能提高信号处理精度达37.45%。     

微机械圆盘谐振器的仿真分析及等效电路

通过对径向振动圆盘的机械振动方程进行分析,将机械振动的分散参数集总化,提取出机械集总参量并通过机电类比的方法将集总化的机械参量类比成电参量,建立起径向振动微机械谐振器的电参数模型。利用ANSYS软件对径向振动盘式微机械谐振器进行模拟,提取出谐振频率和振动位移,并以此为基础计算出等效质量及阻尼和刚度的数值,进而通过机电耦合系数求出电参数值。以所提取的电参数为依据,分析了谐振器的结构对谐振器的等效阻抗的影响。谐振器的等效电路及分析结果将成为后续结构和驱动电路设计的出发点。     

基于ANSYS悬臂式RF MEMS开关的力学模拟和疲劳分析

用ANSYS软件对RF MEMS接触悬臂开关模型进行力电耦合分析,比较了几种情况下的驱动电压,讨论了驱动电压与杨氏模量、悬梁的几何尺寸和电极面积的关系.在力电耦合分析的基础上对开关进行了疲劳特性分析,得出了开关的循环使用次数并与实验结果进行了比较,分析了数据差别比较大的原因,改进了测试开关寿命的方法.