石英微机电陀螺的机械耦合误差研究

石英微机电陀螺是一种利用科里奥利(Coriolis)效应的振动陀螺,工作时敏感芯片处于谐振状态,机械耦合误差是其主要误差源。分析了敏感芯片机械耦合误差因素,提出了驱动与检测模态解耦设计、振动隔离设计及轴对称质量平衡设计改进方案,实验结果表明,通过改进设计,有效抑制了敏感芯片机械耦合误差,提高了陀螺的精度及环境适应性。     

石英音叉陀螺不同谐振频率点性能分析

分析了石英音叉陀螺驱动端振动速度幅值在3个不同谐振频率点的稳定性.首先根据机电等效理论得出陀螺驱动端的串联支路电流等效于音叉叉指振动速度;然后通过分析串联支路导纳的幅频特性,得到串联支路电流在不同谐振频率点处对频率的敏感度不同;最后针对闭环驱动电路中存在的微小频率跟踪误差,对等效电路进行仿真分析,得出了在串联谐振频率点处对陀螺进行闭环控制将使音义振动速度幅值波动最小的结论.     

石英音叉陀螺最佳谐振频率点的分析与控制

分析了石英音叉陀螺驱动端叉指振动速度幅值在3个不同谐振频率点的稳定性,实现了最佳谐振频率点的控制。首先根据机电等效理论得出陀螺等效电路中串联支路电流等效于音叉振动速度;然后分析了串联支路导纳的幅频特性,得出在串联谐振频率点处音叉振动速度幅值受频率抖动影响最小的结论;但实际求得的谐振频率点与真实谐振频率点之间存在差别。设计移相电路,调整移相电路的阻容值使陀螺工作在不同的谐振频率点,通过比较可以看出在真实串联谐振频率点处陀螺驱动端叉指振动最稳定;调整移相电路的阻容值使其产生3.78°的相移可使陀螺工作在真实串联谐振频率点处。     

石英MEMS陀螺的结构特性分析

介绍了石英微机电系统(MEMS)陀螺的工作原理及敏感芯片的音叉结构特点,采用有限元法分析了敏感芯片的结构特性,并对结构进行优化。利用石英晶体的压电效应,设计了合理的电极布局,并结合敏感芯片结构特点介绍了其微机械加工工艺。通过结构优化和合理的电极布局,提高了石英MEMS陀螺的性能。     

石英MEMS陀螺检测模块的测试方法研究

提出了一种石英微机械(MEMS)陀螺检测模块的测试方法和测试系统方案.该方法仅将检测模块的输入/输出端口接入测试系统,无需其他位置的信号注入和引出,即可实现增益、相位、频带、阻尼等电路特性的测试和标定,适用于生产过程对检测模块的快速测试及研制过程对检测模块的性能分析.     

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。     

石英音叉陀螺的温度特性及其补偿方法

石英音叉陀螺的零偏随温度的改变而变化,根据石英音叉陀螺的工作原理和3种零偏温度特性,建立了相应的数学模型。根据不同的数学模型设计相应的补偿电路,并通过具体的实验数据分析补偿的效果和各种补偿方式的适应性。     

石英音叉陀螺等效参数的测量与分析

分析了石英音叉陀螺连接电路中采样电阻的等效电容(电容特性)对测试的影响,求出了陀螺等效参数,找出了理想工作点.根据陀螺连接电路,针对考虑和不考虑采样电阻的等效电容两种情况进行建模,利用基于初等反射阵(Householder矩阵)变换的最小二乘法求出陀螺两组等效参数,通过仿真对比说明了采样电阻的等效电阻对测试结果有影响,测试中必须考虑.通过求得的参数进行仿真研究,说明了陀螺的真实串联谐振频点为陀螺的理想工作点.     

BT切石英谐振器频率温度特性的估算

本文介绍了BT切石英谐振器的频率温度特性估算。结合实验数据，求出最佳切角及合理的切角误差。     

石英微加工技术在微陀螺研制中的应用

利用集成电路演变而来的微加工技术研制的微型陀螺,便于批量生产.其成本低,质量轻,抗冲击.该文介绍了石英微陀螺的基本结构和工作原理,叙述了石英晶体化学各向异性刻蚀的工作机理和加工方法.利用化学各向异性刻蚀加工技术,研制出微型陀螺样机,其主要技术指标:零偏稳定性为15 (°)/h,线性度为0.05% ,分辨率为0.008 (°)/s,带宽为 50 Hz.     

石英微机械陀螺敏感芯片的抗振动分析与改进

石英微机械陀螺是振动惯性器件,而陀螺敏感芯片结构的抗振动能力会直接影响陀螺的性能。由于工作环境的振动会对陀螺的性能产生一定的影响,因此需提高陀螺敏感芯片结构的抗振动能力。该文利用有限元仿真软件对敏感芯片结构进行随机振动仿真分析,通过对敏感芯片结构的优化,提高了陀螺的抗振动能力。     

BPNN辅助KF的MEMS陀螺仪数据处理方法

针对微机电系统(MEMS)陀螺仪数据误差建模不精确或无法给出模型的情况,提出了误差反馈（BP）神经网络辅助卡尔曼滤波对陀螺仪数据进行降噪处理的方法。分析卡尔曼滤波器的系统噪声方差Q矩阵可知,当模型不精确时可通过Q补偿。基于BP神经网络优化Q值原理,首先把采集到的MEMS陀螺仪数据输入卡尔曼滤波器得到Q;再把新息、滤波增益、量测噪声方差输入神经网络,把Q作为神经网络的输出,神经网络优化系统噪声协方差矩阵得到Q*;最后将Q*作为卡尔曼滤波算法系统噪声方差矩阵。实验结果表明,在建模不精确的情况下该方法也能有效提高陀螺仪的精度。     

石英微机械陀螺抗高冲击能力的优化研究

石英微机械陀螺敏感芯片通常为一体式音叉结构,为实现特定的功能,常在芯片中设计开槽结构,开槽拐角处是应力集中的部位.在高冲击情况下,该部位的最大应力可能先达到石英晶体的屈服强度,导致芯片结构断裂损坏.通过在敏感芯片的开槽结构末端设计圆弧台阶结构,降低了该部位在高冲击环境下受到的最大应力,提高了敏感芯片的抗冲击性能.通过综合优化后,石英微机械陀螺的抗高冲击能力可达到10000g,并保持了较好的性能.     

石英微机械陀螺敏感器件的可靠性分析

石英微机械陀螺敏感器件通常采用一体式音叉结构,具有较高的可靠性,但由于在敏感芯片中设计了挠性结构,挠性结构的参数及加工质量是影响器件可靠性的关键因素。分析了敏感芯片挠性结构在外力作用下的应力分布及结构缺陷对其影响,分析了其失效模式。试验结果验证了分析的准确性,分析结果可作为改进敏感器件可靠性的依据。     

石英微机械陀螺自检功能的实现

提出了一种石英微机械陀螺单机自检的方法,通过简单操作,可实现石英微机械陀螺在静止状态、固定转动状态和规律运动状态下的单机自检功能.通过方案原理分析和具体电路实测,分析了此方法的实用性和有效性,为已装备完成的系统检测和标定创造了条件,从而提高了系统的工作可靠性.     

MEMS陀螺混合误差标定方法研究

微机电系统(MEMS)陀螺仪具有尺寸小,可靠性强的特点,已广泛应用于各种微姿态仪中,而陀螺的安装误差是影响姿态仪输出精度的主要因素之一。现有的陀螺安装误差模型是建立在确定的刻度因子和零偏基础上,但实际应用中,陀螺的刻度因子存在误差,且零偏随温度和转速发生变化。该文提出了一种改进的误差标定和补偿方法,并针对模型中MEMS的零偏温度和转速非线性误差问题,运用BP神经网络,实现了模型零偏动态补偿。实验表明,采用该文提出的标定方法,陀螺的角速率误差由1.5(°)/s提高至0.05(°)/s。验证了标定方法的可行性。