基于带通Σ-Δ调制器的硅微机械陀螺力反馈闭环检测

为了提高硅微机械陀螺(SMG)的性能,研究了一种基于四阶机电结合带通Σ-Δ调制器(SDM)的硅微机械陀螺力反馈闭环检测方法。基于谐振器级联谐振前馈(CRFF)结构设计了该方法的仿真模型,并利用商用软件SD TOOLS计算了环路参数。采用MATLAB/SIMULINK对设计结果进行了行为级仿真,结果表明,1 Hz条件下环路的信噪比达到了109.2dB,符合设计预期。在此基础上,以现场可编程门阵列(FPGA)为数字处理核心搭建了硅微机械陀螺数字化测控电路并进行了性能测试。结果表明,采用带通SDM闭环检测技术和数字化闭环驱动技术后,硅微机械陀螺的Allan方差零偏不稳定性约为1.15(°)/h,角度随机游走约为7.74×10-2(°)/√h,且信噪比参数满足了设计目标。得到的结果证明了设计方法的正确性;显示提出的带通SDM力反馈闭环检测方法有助于提高SMG的性能,拓展其应用领域。     

硅微陀螺机械热噪声研究

振动式硅微陀螺仪要在各种噪声干扰下,检测出极其微弱的有用信号.随着硅微陀螺性能的不断提高,机械热噪声对微陀螺的影响愈加显著,决定了振动式硅微陀螺的极限分辨率.本文给出了机械热噪声的产生机理,推导得出机械热噪声等效角速率表达式.分析表明,提高微陀螺的品质因数、增大质量和谐振频率可减小机械热噪声.     

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。     

微机械陀螺的动力学特性研究

有关微机械振动式陀螺的动力学特性测试的结果很多,而与微机械振动式陀螺设计相关的动力学特性的定量结果却很少见.文中基于拉格朗日方程建立微机械振动式陀螺的动力学方程,分析其动力学特性,推导其灵敏度与非线性度的计算公式,考虑输入角加速度影响的情况下,分析其带宽特性,并对其带宽特性进行模拟.所得结论对微机械振动式陀螺的设计提供一定的理论依据.     

温度对无驱动结构硅微机械陀螺信号相位差的影响

在旋转载体用硅微机械陀螺的信号解调中,陀螺与加速度计信号的相位差起到至关重要的作用,必须考虑温度对陀螺与加速度计信号相位差的影响,以及温度对陀螺输出的影响.通过测试加速度计温度特性及陀螺温度特性,并将二者进行比较,研究了温度对陀螺与加速度信号的相位差的影响,证实温度对陀螺输出影响很小,温度对硅微机械陀螺的信号相位差影响很小.     

解耦z轴微机械陀螺的研制

提出了一种检测模态解耦的z轴微机械陀螺,其检测模态被约束为1自由度振动,可抑制驱动模态的影响,降低不期望的检测模态偏置,并使用双质量结构在降低模态耦合的同时获得了较好的模态频率匹配.为满足驱动和检测模态自由度约束要求,使用了U形支撑梁.采用反应离子深刻蚀工艺制作了高深宽比结构层,获得了较大的验证质量,抑制了器件的机械热...     

微机械振动环陀螺

为了减小振动环驱动模态和检测模态的频率差从而提高陀螺性能,提出了一种采用电磁驱动、电磁检测的全对称振动环陀螺结构。采用MEMS体硅工艺完成该微机械振动环陀螺的加工,其结构在保持镜像对称的同时,还保持了中心对称,因此整个结构高度对称,有利于减小模态频率差。为有效跟踪陀螺驱动模态的谐振频率并稳定驱动模态的幅值,设计了闭环驱动控制电路。该电路由低噪声前置放大器、相位调整环节以及自动增益放大器(VGA)组成。测试结果表明,该陀螺两个模态频率差为0.27 Hz,实现了频率较好的匹配。在±200 °/s,测得陀螺灵敏度为8.9 mV/(°/s),分辨力为0.05 °/s,非线性度为0.23%。     

硅微机械陀螺自激驱动数字化技术

为了进一步增强硅微机械陀螺仪驱动模态的控制精度与稳定性,提出了一种基于自激振荡原理,以现场可编程门阵列(FPGA)为主要数字信号处理平台的驱动电路.以陀螺仪驱动模态特性为出发点,分析了自激振荡原理对驱动电路的要求.分析并建立了驱动相位控制与驱动幅度控制模型,实现了频率测量-补偿算法控制驱动环路相位,PID控制算法控制环...     

栅结构微机械陀螺运动特性的研究

对一种新型微机振动陀螺原型的运动特性进行了理论分析。采用差分电容信号调制解调方法测量了微机械陀螺驱动和检测模态的幅频特性。理论计算和实验结果表明,在大气状态下,该微机械陀螺驱动模态和检测模态的品质因子具有相近数值,在100左右。测量了驱动模态民激励驱动下,微机械陀螺检测模态的幅频特性,实验结果表明,在无角速度输入的情况下,微机械陀螺在驱动模态和检测模态的谐振模态的谐振频率处发生谐振。     

微机械陀螺非线性特性的自由衰减振荡测量方法

针对微机械陀螺非线性特性的测量问题,研究了一种频率步进式正弦脉冲激励的自由衰减振荡测量方法。在谐振频率附近,采用步进式正弦脉冲序列作为激励信号,得到一组包含系统不同程度非线性动力学特征的自由振动响应信号。通过Hilbert变换提取自由振动信号的瞬时幅值和瞬时频率,计算得到骨架曲线簇,即可实现非线性动力学特性的实验测量。以Duffing系统为例,对不同信噪比自由振动响应信号进行了数值仿真,结果表明这种方法比FREEVIB方法具有更好的抗噪声性能。对一种环型振动微陀螺进行了实验测试,所得到的骨架曲线与传统扫频方式的测量结果一致。作为一种测试手段,这种方法同样可用于其他类型微机械谐振器动力学特性的实验测试。     

具有增益补偿功能的微机械陀螺数字化驱动闭环

提出了具有增益补偿功能的数字化驱动闭环方法,以便提高微机械陀螺标度因数的稳定性。介绍了微机械陀螺的工作原理,对其运动方程的分析显示:为了提高标度因数的稳定性,需要提高陀螺驱动模态振动速度的稳定性;而振动速度的稳定性与驱动环路中C/V转换电路增益的稳定性相关。为此,设计了增益补偿算法,配合自动增益控制环节和锁相环环节构建了具有增益补偿功能的数字化驱动闭环。仿真结果表明,在C/V转换电路增益相对变化量为7.4%时,振动速度幅值的相对变化量由无增益补偿时的7.29%降到了有增益补偿时的0.12%。实验结果表明,增加增益补偿环节后,标度因数的温度系数在-40℃到60℃的降幅达到了90%。得到的结果验证了具有增益补偿功能的微机械陀螺数字化驱动闭环可以较大幅度地提高微机械陀螺标度因数的稳定性。     

电磁力平衡传感器控温方法再修改稿

电磁力平衡传感器因温度变化引起的示值漂移误差达-40.3 mg∕℃,远不能满足分辨力为0.1 mg及以上的电子分析天平计量性能要求。详细分析了温度对脉冲电流工作模式下电磁力平衡传感器输出误差的影响,根据传感器结构特征及散热方式,设计了一个PT1000高精度温度检测模块,利用等幅正、负脉冲且脉宽可调时动圈发热改变但平衡状态不变的特点,提出一种基于脉宽调制器（PWM）镜像脉冲的电磁力平衡传感器温度控制方法。该方法消除了因不同质量物体加载动圈发热不恒定引起的传感器输出误差,根据外界环境温度引起的传感器温度变化量,同步进地调节镜像脉冲的2个死区时间,实时改变动圈发热功率,维持传感器温度稳定。实验研究表明,采用上述研究方法后,电磁力平衡传感器漂移减小至3.1×10-6 g∕℃,有效降低了天平温度漂移补偿算法的难度。     

基于AT89S51的光电脉搏测量仪的设计

为了提高脉搏测量的简便性和精确度,设计了以AT89S51单片机为核心,红外二极管和光敏三极管为传感器的光电脉搏测量仪。单片机通过对光敏三极管感应脉冲累加得到脉搏跳动次数,时间由单片机定时器来计算,数据由液晶LCD1602显示。经实验测试,系统性能稳定,误差小于2%。     

1Cr18Ni9Ti不锈钢在高温运行条件下的组织变化及其对性能的影响

对在炼油厂催化裂化高温烟机入口管线上使用的1Cr18Ni9Ti不锈钢的组织进行了试验分析，同时研究了其组织的变化对不锈钢力学性能和物理性能的影响。结果表明：不锈钢高温使用性能的变化是管线裂纹失效的主要原因，这对今后1Cr18Ni9Ti不锈钢的生产和使用将会起到一定的借鉴作用。     

Effect of super short pulse Er:YAG laser on human dentin—Scanning electron microscopy analysis

This study evaluated the effect of different pulse widths in the morphological characteristics of human dentin irradiated with Er:YAG in cavity preparation protocols and dentin pretreatment. Dentin discs with 2 mm thickness were obtained from 18 human molars. The experimental groups were composed from two variables: (1) clinical protocol—cavity preparation (E = 200 mJ/20 Hz)—and pretreatment (E = 80 mJ/2 Hz); and (2) pulse duration—50, 300, and 600 μs. This formed six experimental groups (n = 3): G1 (E = 200 mJ/20 Hz/50 μs); G2 (E = 200 mJ/20 Hz/300 μs); G3 (E = 200 mJ/20 Hz/600 μs); G4 (E = 80 mJ/2 Hz/50 μs); G5 (E = 80 mJ/2 Hz/300 μs); G6 (E = 80 mJ/2 Hz/600 μs). The samples were irradiated with the Er:YAG laser by noncontact mode at a focal distance of 7 mm from the target point under continuous water spray (60% water and 40% air). After the irradiation, they were processed for scanning electron microscopy (SEM). Morphological analysis showed an irregular dentin surface, absence of smear layer with opening of the exposure of dentinal tubules and protruding peritubular dentin—without indications of changes for all protocols used. Regardless of the analyzed experimental group, the dentin surface showed a microretentive morphology characteristic of ablation. The G1 and G4 showed a rougher surface when compared to other groups. Finally, we concluded that the pulse width can influence the morphological characteristics of the irradiated dentin tested in different clinical indications. The larger surface irregularity caused by regulation with less pulse width (50 µs) seems more appropriate to get a microretentive pattern necessary for successful adhesives restoration procedures. Microsc. Res. Tech. 78:472–478, 2015. © 2015 Wiley Periodicals, Inc.     

成型厚度偏差对磨具成型密度及硬度的影响

通过对磨具成型厚度偏差的计算与实验,分析成型厚度偏差对磨具成型密度及硬度的影响;并通过控制成型厚度极限偏差,保证磨具质量。     

单极芒刺静电净化装置芒刺和极板间距对电流密度的影响

为了通过优化单极芒刺净化装置的结构参数,解决芒刺静电油烟净化装置中对微小油烟颗粒收集效率低的问题,采用数值模拟的方法研究了单极芒刺板-板式油烟静电净化装置中芒刺尖端与收极板间距对电流密度的影响。采用合适的静电场控制方程,提出了芒刺板-板极配方式的边界条件,选择有限体积法对电场进行了数值模拟计算,并将计算结果与实验值进行了对比。分析研究结果表明所建立的数值模拟方法可靠。在此基础上分别分析了芒刺尖端与收极板的间距和工作电压对收集板上电流密度的大小及分布的影响。分析结果表明,当间距取40 mm~75 mm时,在工作电压范围内,电流密度分布均匀,且电流密度强,说明该间距范围是最佳值。