现代军用MEMS惯性传感器技术进展

现代化军事需求小型惯性传感器。技术已成熟的惯性导航和制导系统包括机械陀螺、环形激光陀螺(RLGs)、光纤陀螺(FOGs)以及半球共振陀螺(HRGs)。现在主要用于军事的还有微机电系统(MEMS)陀螺仪和加速计。采用光子晶体光纤(PCFs)的干涉光纤陀螺(IFOGs),即PC—IFOGs。重点阐述MEMS/集成光(IO)波导惯性传感器技术进展。分析小型陀螺仪和加速计技术发展前景及在未来快速反应,精确打击中的作用。     

新型MEMS热流陀螺的制造

MEMS热流陀螺是一种基于热流体理论的新型陀螺.该器件利用封闭腔体内的气体作为敏感元件,代替了常规MEMS陀螺的复杂振动结构和悬挂质量块,具有抗大冲击、体积小、重量轻、成本低、可批量化生产等优点.本研究的目的是为了验证MEMS热流陀螺的可行性,主要介绍该器件的研制过程,包括流体场仿真和工艺实现.最后得到了MEMS热流陀螺及其输出曲线,测试结果很好地验证了基于热流体理论的MEMS热流陀螺的可行性.     

应用CAD技术加速我国MEMS技术的发展

在微电子机械系统技术飞速发展的今天,由于ＭＥＭＳ(Ｍｉｃｒｏ-Ｅｌｅｃｔｒｏ-Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ-Ｓｙｓｔｅｍ)器件在国防和民用领域有着广泛的应用前景,ＭＥＭＳ研究已成为世界上发达国家高科技发展的重点方向之一。近年来我国政府对ＭＥＭＳ研究非常重视,在政府的...     

MEMS陀螺在航天器控制系统中的应用评述

在分析MEMS陀螺在空间应用优势基础上,对MEMS陀螺的空间适应性进行了分析,提出了其在空间系统中的应用途径,通过国内外应用情况表明:MEMS陀螺能够广泛应用于航天器控制系统,并随着工艺水平的提高,将成为航天器控制系统的最佳选择.     

基于Allan方差的MEMS陀螺误差分析

利用Allan方差法对国外一款MEMS陀螺仪进行误差分析,通过长时间静态数据分析,对陀螺误差系数进行标定,验证了Allan方差法用于陀螺误差分析的可行性。     

MEMS陀螺误差辨识与补偿

由于制造工艺等原因,MEMS陀螺的随机漂移非常大,严重影响了系统的性能.通过自制的基于MEMS的捷联惯导系统的相关实验,对MEMS陀螺的确定性误差和随机误差分别进行了辨识和补偿.完成确定性误差补偿,对MEMS陀螺随机误差进行了时间序列分析,并建立了AR模型,根据所选模型参数建立了随机误差的系统方程,采用经典卡尔曼滤波进行随机误差补偿.实验结果说明:无论是静态下还是动态下,补偿后信号的方差都大大下降,说明了滤波效果较为明显,具有一定的工程应用价值.     

随钻测量用MEMS陀螺信号稀疏提取

针对随钻测量用MEMS陀螺检测信号特性,提出采用稀疏表示的方法进行信号提取.首先从检测的陀螺调制信号构成角度,分析其信号稀疏特性;然后分析检测信号特性,构造与之最相似的过完备词典;比较已有稀疏重构算法优劣性,提出一种改进的稀疏度自适应匹配追踪算法对陀螺调制信号进行稀疏提取,进而解调真实陀螺信号;最后采用提出的改进SAMP算法于新构造的过完备字典中进行陀螺信号稀疏提取实验,并与小波阈值提取法进行实验对比,实验结果表明:采用新构造的字典和改进的SAMP算法,可以有效提取MEMS陀螺真实信号,提取效果优于传统小波阈值法.     

基于Allan方差的MEMS陀螺随机误差建模

针对由于MEMS陀螺随机误差较大而影响MEMS惯性测量系统测量精度的问题,提出一种利用Allan方差分析随机误差并建模的方法。在分析Allan方差原理的基础上,通过Allan方差分析法分离和辨识了MEMS陀螺仪的各项随机误差以及误差系数,并利用随机误差系数进行了数学建模。通过与ARMA模型比较,表明利用Allan方差建立的模型更加精确。该方法为MEMS惯性导航系统中姿态测量的误差补偿和滤波提供了新的思路,对提高MEMS惯性测量系统的测量精度具有一定的实际应用价值。     

基于MEMS加速度计的无陀螺车辆导航技术

设计了一种基于低成本MEMS加速度计的无陀螺车载捷联惯导系统,将高精度的MEMS加速度计安放在载体非质心处,代替陀螺来测量载体角运动信息,实现车辆的GPS信号被遮挡时短时间内的导航定位定姿要求;仿真结果表明:对于300 s时间内导航的载体,无陀螺车载捷联惯导系统的位置误差达到了0.0002°,满足导航的精度要求。     

基于DSP的MEMS陀螺误差建模与滤波方法研究

针对微机电系统(MEMS)陀螺测量精度低、随机噪声复杂的问题,根据MEMS陀螺的实测数据,分析其噪声特性,研究MEMS陀螺的随机噪声模型。应用时间序列分析方法,采用时间序列分析(AR)模型对MEMS陀螺测量数据噪声进行建模,该模型反映陀螺的噪声特性,基于该随机噪声模型,采用Kalman滤波技术有效降低了随机噪声对MEMS陀螺测量精度的影响。通过对MEMS陀螺实测数据的仿真试验结果表明:提出的建模与滤波方法能够有效地抑制其随机噪声误差,提高实际应用中的测量精度。     

国内外智慧城市建设人才开发的经验借鉴

分析了国外智慧城市人才开发的经验,研究了国内先发城市智慧城市建设人才开发的实践,并总结了值得我国智慧城市建设人才开发的借鉴要点。以期望对于开发与构建智慧城市建设人才队伍,保障智慧城市建设具有一定的价值。     

软件非功能需求国内外研究综述

软件非功能需求在需求工程中扮演着重要的角色,但目前国内针对软件非功能需求方面的系统性介绍还比较匮乏.鉴于此,对软件非功能需求进行了介绍,对它的定义进行了文献上的梳理;阐述了软件非功能需求研究的必要性,详细介绍了软件非功能需求研究的发展历史,并总结了软件非功能需求研究发展;对软件非功能需求研究存在的不足进行了总结,通过梳理可以发现软件非功能需求未来的研究方向.     

Vibration sensitivity analysis of MEMS vibratory ring gyroscopes

This paper presents a detailed model for possible vibration effects on MEMS degenerate gyroscopes represented by vibratory ring gyroscopes. Ring gyroscopes are believed to be relatively vibration-insensitive because the vibration modes utilized during gyro operation are decoupled from the modes excited by environmental vibration. Our model incorporates four vibration modes needed to describe vibration-induced errors: two flexural modes (for gyro operation) and two translation modes (excited by external vibration). The four-mode dynamical model for ring gyroscopes is derived using Lagrange's equations. The model considers all elements comprising a ring gyroscope, namely the ring structure, the support-spring structures, and the electrodes that surround the ring structure. Inspection of this model demonstrates that the output of a ring gyroscope is fundamentally insensitive to vibration due to the decoupled dynamics governing ring translation versus ring flexure, however, becomes vibration-sensitive in the presence of non-proportional damping and/or capacitive nonlinearity at the sense electrodes.     

国内外边缘计算技术研究综述

云计算的发展使得边缘计算引起广泛关注.根据来源于CNKI数据库1078篇文献的国内数据和来源于Web of Science核心库210篇高被引论文的国外数据,利用文献计量法、知识图谱以及CiteSpace软件,就文献量、关键词及热点、文献作者及其所属机构进行分析.在分析结果基础上,做出了总结与建议,可为推动边缘计算的理论研究与技术应用提供参考.     

适用于MEMS振动陀螺仪的相位读出自校准方法

相比于传统陀螺仪,MEMS振动陀螺仪具有体积小、质量轻、功耗低、价格低廉等优势,但是由于其本身结构的局限性和工艺加工水平的限制,其在性能上还处于低精度陀螺仪的行列。目前已有若干MEMS自校准方案可以应用于MEMS振动陀螺仪以提高其精度指标,然而已有的技术存在着只能消除某一种因素对精度的影响、需要高精度转台系统支撑或者校准的灵敏度不高等不足。为解决上述问题,设计并提出了一种基于相位读出的MEMS振动陀螺仪自校准方案,该方案能消除工艺误差、器件老化、外部环境变化对陀螺仪精度的影响,而且该方案不需要高精度转台系统支撑、能够消除绝大部分因素对精度的影响、校准的灵敏度更高。实验仿真结果表明,该方案能实现MEMS振动陀螺仪的自校准,提高测量精度,扩大MEMS振动陀螺仪的适用范围。     

Adaptive control for the conventional mode of operation of MEMS gyroscopes

This paper presents adaptive add-on control algorithms for the conventional mode of operation of MEMS z-axis gyroscopes. This scheme is realized by adding an outer loop to a conventional force-balancing scheme that includes a parameter estimation algorithm. The parameter adaptation algorithm estimates the angular rate, identifies and compensates the quadrature error, and may permit on-line automatic mode tuning. The convergence and resolution analysis show that the proposed adaptive add-on control scheme prevents the angular rate estimate from being contaminated by the quadrature error, while keeping ideal resolution performance of a conventional force-balancing scheme.     

SENSORDYNAMICS新一代微机电陀螺仪和惯性组合传感器

奥地利SensorDynamics公司是一家汽车用微机电陀螺仪和惯性组合传感器的专业生产商,产品主要用于汽车防侧翻系统和电子稳定系统.目前SD公司凭借其QFN封装的陀螺仪和惯性系统系列进人非汽车应用市场,其代表性产品是大小仅为6x6x1.2mm的全集成六自由度惯性测置单元6DoF-IMU,目标市场包括导航系统、稳定平台...     

国内外STEM教育研究热点分析及启示

人工智能时代背景下,STEM教育已成为国内外基础教育领域的研究热点.文章运用可视化分析的方法,总结国内外STEM教育研究热点,梳理这一领域的研究现状,并对国内外研究的异同进行分析.研究表明,国内外在人才培养、教师教育、课程整合、基础教育改革等方面有所差异.坚持STEM教师能力培养、打造STEM学习生态系统是我国STEM教育的发展趋势.未来需要加强STEM项目化学习活动的开展,开发跨学科的整合性课程以及培养更多优秀的师资.     

An approach for increasing drive-mode bandwidth of MEMS vibratory gyroscopes

The limitations of the photolithography-based micromachining technologies defines the upper-bound on the performance and robustness of micromachined gyroscopes. Conventional gyroscope designs based on matching (or near-matching) the drive and sense modes are extremely sensitive to variations in oscillatory system parameters that shift the natural frequencies and introduce quadrature errors. Nonconventional design concepts have been reported that increase bandwidth to improve robustness, but with the expense of response gain reduction. This paper presents a new approach that may yield robust vibratory MEMS gyroscopes with better gain characteristics while retaining the wide bandwidth. The approach is based on utilizing multiple drive-mode oscillators with incrementally spaced resonance frequencies to achieve wide-bandwidth response in the drive-mode, leading to improved robustness to structural and thermal parameter fluctuations. Enhanced mode-decoupling is achieved by distributing the linear drive-mode oscillators radially and symmetrically, to form a multidirectional linear drive-mode and a torsional sense-mode; minimizing quadrature error and zero-rate output. The approach has been implemented on bulk-micromachined prototypes fabricated in a silicon-on-insulator (SOI)-based process, and experimentally demonstrated.