微机械陀螺仪的微结构分析与设计

针对基于微米技术的微机械陀螺检测功能微弱的现象,本文建立了振动轮式微机械陀螺仪的机电系统动力学模型,经对某微陀螺结构的仿真计算发现,哥氏阻尼力随激励哥氏力增大而增大,造成电容检测信号极为微弱,无论激励的幅度和频率如何,为此,本文给出了一种新型振动轮式微陀螺结构,可减小哥氏阻尼力,相对增大了激励哥氏力,这种新型结构显著增强了电容检测信号,而且具有双轴微陀螺功能,对耦合线加速度不敏感等特点。     

一种微机械陀螺仪仿真分析

根据微机械陀螺仪的灵敏度公式要使它具有高灵敏度,它的驱动模态固有频率和检测模态的固有频率应尽量接近.本研究通过CoventorWare软件中的系统模块进行建模、仿真、分析,改变陀螺仪的结构参数,使它的固有频率接近,达到优化设计目的.     

基于参数化组件的电容式微机械传声器系统级建模与仿真

基于一维集中参数模型建立了微细加工电容式传声器振膜的动力学控制方程，并确定了方程中各参数的表达式。根据控制方程，在Saber平台上采用硬件描述语言开发了参数化组件。将该组件与传声器的检测电路模型结合起来实现了传声器的系统级建模，进行了时域、频域仿真，以及不同偏置电压下的输出电容、静电拉入电压的计算。将仿真结果与文献实测数据以及有限元分析结果相比较，验证了该组件的有效性。     

陀螺仪装配工艺设计

介绍大批量生产的某型陀螺仪装配工艺设计的过程.经过生产实践证明,提高了工作效率,保证了产品质量,取得了良好的效益.     

陀螺仪驱动电源的建模与仿真

陀螺仪是飞机惯性导航系统的重要部件,它的精度直接影响着整个惯性导航系统的精度。文章针对陀螺仪电机驱动电源的要求,设计了一种电压型SPWM逆变电源,给出了电源系统的主电路和控制电路,同时设计了逆变电源的滤波电路,该电源系统可以给陀螺仪提供高质量的电能。通过saber软件进行了仿真实验,实验证明该驱动电源具有精确度高、效率高等特点。     

电容式微加速度传感器的现状及研究方向

综述了典型的电容式微加速度传感器的工作原理,结构和特点,并对这类传感器的若干关键技术及研究方向进行了探讨。     

ADAMS的陀螺仪建模及特性仿真分析

基于动力学仿真软件ADAMS,对双自由度陀螺仪进行了参数化建模,施加约束和驱动建立了样机模型,对其定轴性、进动性进行了仿真分析,仿真结果可以通过动画或者曲线来演示。该方法为理解陀螺仪的工作原理提供了一种简洁、直观的手段,也为含陀螺效应的机械系统建模及仿真提供了借鉴。     

零点增益可调的电容式微传感器

文中介绍一种可调零点和增益的电容式微型传感器。通过对ＭＯＳ电流镜电路的深入探讨,给出了由ＭＯＳ电流镜电路组成的零点和增益可调的电容式微型传感器测量电路;通过对传感器测量电路的动态过程传真,明确了测量电路的最佳工作频率范围;通过对传感器测量电路静态过程的仿真确定了这种测量电路的线性度和增益。由以上研究表明,零点和增益可调的电容式微过程的仿真,确定了这种测量电路的线性度和增益。由以上研究表明,零点和增     

硅微陀螺仪的机械耦合误差分析

机械耦合误差是硅微陀螺仪的主要误差之一,为了向减小或消除机械耦合误差提供理论依据,研究了机械耦合误差的产生机理。本文以z轴硅微陀螺仪为研究对象,以动力学方程和矩阵理论为基础,分析了由于加工非理想性产生的不等弹性、阻尼不对称和质量不平衡产生的误差信号,建立了机械耦合误差信号的数学模型,并定量分析了z轴硅微陀螺仪样品的机械耦合误差信号。结果表明,机械耦合误差信号包含了正交耦合误差和与有用信号同相位的误差信号,其中正交耦合误差为主要误差信号,且主要由不等弹性产生。最后,测试了z轴硅微陀螺仪的正交耦合误差信号,为342.59 º/s,且与理论结果相吻合。因此,抑制和补偿正交耦合误差是减小机械耦合误差的关键技术之一。     

激光陀螺仪定位系统支架结构及其动态设计

针对激光陀螺仪定位系统研制中,因支架结构不合理及动态性能差而出现的系统输出数据误差大和死机等问题,在分析研究原支架基础上,对陀螺仪支架重新进行结构设计和动态设计,通过对支架模型的多次修改和重分析,得到最后的设计结构.试验验证,计算结果与试验结果有较好的一致性.新支架结构合理,其固有频率远离陀螺仪抖动器工作频率,陀螺仪安装面的相对振幅降低到最小.经现场测试检验,新支架应用于定位系统后,陀螺仪工作正常,输出数据好,系统定è位精度达到设计要求.本文提出的动态设计方案,对精密电子设备机械部分的动态设计有参考价值.     

扇形梳齿驱动式体硅微机械 隧道陀螺仪的设计与制备

介绍了一种利用隧道效应所具有的高位移敏感特性来获得较高灵敏度的微机械隧道振动陀螺仪的设计和工艺制备,该陀螺仪分别采用扇形梳齿驱动和面外振动悬臂梁的方式实现质量块的振动和恒隧道电流的检测。介绍了扇形梳齿驱动的工作原理和隧道陀螺仪的设计。由于采用了硅玻键合和深反应离子蚀刻(DRIE)的DDSOG体硅制备工艺,因而可获得较大的敏感质量块,从而使陀螺仪具有较高的灵敏度和较大的动态响应范围。根据检测模态和驱动模态匹配的原则,利用有限元模型对隧道陀螺仪的结构尺寸进行了优化,仿真结果表明,该陀螺仪在常压下的灵敏度为0.007 nm(°)/s。     

动力调谐挠性陀螺仪、光纤陀螺仪的测试及分析

动力调谐陀螺仪和光纤陀螺仪是目前应用非常广泛的陀螺仪,对于它们的测试显得非常重要,本文对动力调谐挠性陀螺仪及光纤陀螺仪的测试内容、测试方法以及相关的误差分析进行介绍,并简单介绍当前的测试状况。     

矩形截面电容式微加速度计气膜阻尼研究

基于滑流修正的气体压膜雷诺方程,分析了矩形截面电容式微加速度计的敏感质量块在轴向运动中受到的气膜阻尼;指出了质量块受到的气膜阻尼力不仅与尺寸和速度有关,还与动量协调系数有关;得到了阻尼力和阻尼系数的简化解析解.     

陀螺仪球轴承的失效分析

陀螺仪高速转子球轴承是陀螺仪的核心元件,其精度、寿命及可靠性对陀螺仪的性能、寿命及可靠性影响极大。对失效轴承的分析表明．润滑是陀螺仪球轴承使用寿命及可靠性的核心问题。轴承优化设计时应将润滑系统综合考虑．同时还要考虑润滑载体─-保持架及摩擦表面的物理性能及表面状态等。     

高精度电容压力传感器的有限元仿真

本文给出了采用有限元仿真来解决高精度电容传感器结构设计的具体作法,提出了减少电容传感器滞后误差的措施。文章最后还给出了研制样品的实测数据。     

电容式微机械陀螺调理电路

电容式微机械陀螺的驱动电压比敏感信号大4个数量级以上,而且敏感电容很小,敏感电容与驱动电容之间的杂散耦合电容往往只比敏感电容小2个数量级,因此产生驱动电压严重干扰敏感信号问题。电容式微陀螺有2个振动自由度,2个振动自由度的机械耦合也严重干扰敏感信号。本文提出一种调理电路方案,该方案利用电容式微陀螺振动的惯性,对其进行不连续驱动,在敏感信号达到最大值时进行积分采样,并且在采样时关闭驱动电压的方法,有效地减少了干扰。在往复运动的固定相位点进行信号采样,也有利于减缓机械耦合干扰,此方法比常规连续波相敏检测的方法的信噪比有了明显的改善。     

电容式微机械惯性传感器信号检测技术研究

针对具有差分电容接口的微机械惯性传感器提出了一种基于电荷放大器和相关检测技术的接口电路方案.采用电荷放大器作为电容-电压转换电路,来去除传感器本身以及传输导线引起的寄生电容的干扰.利用PSPICE模拟了桥路的不对称性对电路输出的影响,经过比较采用单载波差分电桥结构以进一步增大电容检测的灵敏度.采用相关检测技术进行解调,通过解调电路对前置输出电压和载波信号进行相关运算从而消除电路的宽频噪声;给出了包括布线、接地、去耦等电路工艺的设计原则.采用一组标定电容作为传感器的模型进行了实验,实验电路灵敏度可以达到195V/pF,最小分辨率为1fF.采用该方案能够满足对普通精度的电容式微机械惯性传感器信号的检测.     

一种适用于MEMS陀螺仪的高性能电容读出电路

针对音叉式体硅MEMS陀螺仪传感器,提出了一种新颖的电容读出电路结构,该结构对共模电压漂移不敏感,能消除电容不匹配引入的误差.相关双采样(CDS)技术有效降低了电路的低频噪声和电压失调的影响.采用了一种简化的微陀螺传感器仿真模型,用于读出电路与微传感器的联合仿真.读出电路在0.35 μm 2P4M标准CMOS工艺下设计流片,芯片面积为2.5 mm×2.5 mm,5 V电源电压,电路工作在500 kHz的时钟频率下,实现了1.5 aF/Hz1/2的电容分辨率和大于100 dB的动态范围.     

基于偶极子补偿法的硅微机械陀螺仪带宽拓展

硅微机械陀螺仪的机械灵敏度与驱动和检测模态的谐振频率差Δf成反比,而Δf处的谐振峰是影响陀螺带宽的直接因素,带宽约0.54Δf,因此,带宽和机械灵敏度往往成为两个互为矛盾的指标。基于自动控制原理中介绍的偶极子理论提出了偶极子补偿控制技术,该方法在不影响机械灵敏度的前提下可有效拓展陀螺带宽。首先,对涉及到的双质量硅微机械陀螺仪的结构形式和工作原理进行了介绍,指出陀螺实际工作的检测模态是由检测同相和反相模态叠加而成,设计了陀螺开环检测回路,分析了带宽是由驱动反相和检测反相模态的谐振频率差决定,并结合检测力反馈激励法验证了上述结论;其次,根据偶极子工作原理设计了偶极子补偿控制器的系统传递函数和电路,并对相关内容进行了仿真,验证了电路参数的准确性;最后,基于偶极子补偿控制器建立了硅微机械陀螺仪闭环检测系统,分析了该系统的稳定性,并对该系统的带宽特性进行了仿真和测试,结果显示带宽由原来的13 Hz拓展到了76 Hz,很好地证明了本文提出方法的可行性。此外,鉴于双质量陀螺的实际检测模态,在消除了第一个Δf谐振峰对带宽的影响后,由检测同、反相模态叠加产生的共轭零点引起的幅值谷为带宽进一步提高的限制因素。