压电型微固体模态陀螺的相位差检测

压电型微固体模态陀螺是一种利用压电材料制作的新型固态微陀螺,具有高抗冲击、抗震动能力.陀螺主要部分为一压电质量块,研究发现其存在某阶特殊的振动模态作为原振动,通过感应哥氏力将敏感方向上输入的角速度转化为电信号.陀螺上设置有多个电极,各电极在工作状态下输出压电电压信号,通过检测电路测量信号间的相位差分析陀螺状态.TL714高速比较器将正弦信号转换为方波信号,通过TMS320F2812芯片采集数据进行处理,实现了对两路频率范围100 kHz~600 kHz信号的相位差检测.实验结果验证了该检测方法的有效性.     

压电型微固体模态陀螺的模态及谐振分析

压电型微固体模态陀螺利用压电体的特殊振动模态来工作,它是一种不同于微振动陀螺的全固态微陀螺.在压电型微固体模态陀螺中不存在整体运动的部件和弹性支撑结构,因此抗冲击、抗震动能力强.同时,它对真空封装没有特殊的要求,因此稳定性好,长期工作可靠性高.文中详细介绍了压电型微固体模态陀螺的工作机理,建立了该种新型微陀螺的结构模型,并对压电块的振动模态和自激谐振进行了有限元分析,获得了满足要求的工作振动模态.通过谐振分析,进一步验证了提出的结构模型的有效性.本文为压电型微固体模态陀螺的制作提供了理论依据.     

基于虚拟仪器的压电陀螺扫频信号系统设计

扫频信号采集系统是压电微陀螺悬浮系统的重要组成部分.介绍了NI PXIe-6124多功能信号采集模块(DAQ)的原理与结构、以及它在构成压电陀螺扫频信号系统中所起到的作用.由于它同时具有高速的采样速率(4MS/s)和高精度(16位)的采样值,设计了基于NI公司设备的系统,用来准确地采集压电陀螺在各个频段的感应振动信号,将信号送入计算机进行处理,得出陀螺仪的谐振模态.在具体实验操作过程中,成功地将由DDS电路所激励的陀螺振动信号送入DAQ,并完好地处理了一系列陀螺的振动数据.     

采用神经网络补偿压电陀螺的零位温漂

针对中低精度的压电陀螺静态零位输出随温度漂移严重的问题，分析了产生的原因，做了相应的实验，提出了用BP神经网络进行补偿的方法。该方法具有很强的非线性映射能力，减少压电陀螺的零位输出误差，并且将实验结果与传统的方法的结果进行比较，实验证明，在不改变陀螺结构的情况下，该方法能有效地将陀螺的静态零位温漂误差减小一个数量级以上，从而使该类型陀螺能够应用于中高精度系统中。     

基于厚度剪切振动的压电圆盘微陀螺的制作和分析

基于面内振动模态工作的圆盘陀螺在利用压电方式驱动和检测时,需要在圆盘振动体侧壁上加工压电换能器,很难由MEMS工艺实现.为实现压电圆盘陀螺的小型化,设计制作了一种直接由压电材料作为振动体,基于厚度剪切振动模态工作的新型压电圆盘微陀螺.厚度剪切振动模态使得陀螺可以通过在压电基片上下表面制作金属电极的MEMS工艺进行加工.通过对加工出的陀螺器件进行阻抗分析发现加工出的陀螺具有良好的对称性,基于阻抗分析得到的品质因数通过有限元分析可知,陀螺可实现高灵敏度、低非线性度、大量程、低角速度耦合误差等性能.     

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...     

大型陀螺系统的模态综合方法

在陀螺系统辛子空间迭代法基础上．发展出了陀螺系统的模态综合方法(MSM(;S)．此方法将一个整体的大的陀螺系统化为几个小的陀螺系统．在各子结构中．应用辛子空间迭代法对其进行前几阶的模态计算,并合并各个子结构．以组装成整体系统的转换矩阵,然后将其代人整体陀螺系统’得到缩减后的整体陀螺系统．算例证明了缩减后的系统能够比较好地近似原来的整体陀螺系统．     

基于FPGA的压电陀螺数字化检测电路设计

针对压电微固体模态陀螺的信号采集与算法要求,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的兼具高精度高采样频率的陀螺数字检测系统.介绍了该系统的原理与实现方法.FPGA主控芯片选择XC6SLX25,ADC选择AD7960芯片(18 bit,5MSPS).经试验验证,制作的样机可以同时采集三路输出信号,并实时处理传给上位机显示.测得陀螺共振频率稳定在349.89 kHz,上下波动范围8Hz,参考端输出电压峰峰值的均方差为0.004 V.检测系统稳定,具有较高精度.研究的数字化检测电路能很好地应用于MEMS微陀螺检测信号的处理,提高MEMS微陀螺的稳定性和抗干扰性.     

不同安装方式对压电加速度计灵敏度的影响

灵敏度是压电加速度计的主要参数,不同的安装方式会对其灵敏度造成一定的影响。在理论推导的基础上,采用试验方法验证了不同安装方式对压电加速度计灵敏度的影响,对压电加速度计的使用提供指导。     

硅微陀螺模态频率温度特性的研究

硅微机械陀螺的零位输出受温度影响较大,为提高精度,对其进行温度误差补偿很有必要,而陀螺表头真空封装后内部温度难以直接测量.通过研究模态频率与温度之间的关系,发现驱动轴谐振频率与温度之间存在很好的线性相关性,同时具有很好的温度重复性.由于谐振频率的精度很高,所以用谐振频率测量温度会有很好的分辨率.因此,可以利用驱动模态的谐振频率来标定陀螺表头内部的温度,为下一步的温度补偿提供新的方法.     

微陀螺仪特征频率分析及结构参数优化

应用Coventorware软件系统模型的方法对一种振动板式微陀螺仪进行了特征频率分析和结构参数优化,研究了静电压对特征频率的影响。并用有限元分析方法进行了验证,比较了两种方法的差别。     

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。     

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。     

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。     

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。     

三轴微机械陀螺仪的结构设计与仿真

提出了一种适应国内加工条件的三轴微陀螺仪,依据三轴陀螺的结构和工作原理,利用ANSYS有限元仿真软件对三轴陀螺的设计进行了计算和仿真.在此基础上,通过调节结构参数实现各轴驱动模态与敏感模态固有频率的匹配以提高各轴的灵敏度.最后介绍了加工所采用的工艺.     

微型石英音叉陀螺模态特性的设计

微型石英音叉陀螺是近年来发展起来的新型惯性器件,采用ANSYS软件建立了微型石英音叉的实体模型,对其进行了压电振动模态分析,依据计算结果设计制作了微型石英音叉陀螺样片,实测值与计算结果相吻合,证明了这一分析方法的实用性。