硅微机械振动陀螺零偏温度补偿研究

在对某型硅微机械振动陀螺进行大量高低温环境试验的基础上,根据试验数据,建立了一种零偏温度补偿模型,并用该模型对新测的试验数据进行了预测补偿.补偿结果表明:硅微机械陀螺经该模型补偿后零偏可以减少一个数量级,补偿效果明显.     

新型双级解耦合微机械陀螺设计与仿真

在分析了微机械振动式陀螺机械耦合误差的基础上,提出了一种新型的双级解耦合的陀螺结构,可将驱动模态和检测模态完全隔离,以避免驱动对检测的同频干扰。通过在敏感质量和检测质量间用弹性连接来抑制和减小机械耦合误差。文中还对新结构进行有限元模拟,最后分析了系统频响。     

驱动微梁梁宽误差对微陀螺性能的影响

建立了3类微梁加工误差的有限元分析模型,采用有限元分析的方法研究了3种不同类型的梁宽误差对微陀螺固有频率、模态和检测信号的影响.研究发现:驱动微梁尺寸的加工误差不仅会影响到驱动模态的固有频率,同时也会对检测模态的固有频率产生影响;同一对角线上微梁尺寸相同的加工误差会引起微陀螺驱动模态及检测模态的耦合,并给出了模态耦合的特征,且耦合程度随梁宽误差的加大而增加;同一侧梁宽相同及只一根微梁梁宽存在加工误差时的模态耦合可以忽略;模态耦合会对微陀螺的检测信号产生严重的干扰,干扰程度与模态耦合程度正相关.     

微机械音叉陀螺的误差源研究􀀁

定性地讨论了微机械音叉特有的一些误差源。主要有机械结构的Ｂｒｏｗｉｎａｎ噪声,电路噪声,等。对上述误差源的认识是微结构制造和电路设计的基础。     

驱动微梁形状对微陀螺仪耦合误差的影响分析

为研究微陀螺驱动微梁在加工误差下的微梁形状变化对正交耦合误差、模态耦合以及检测信号的影响,建立了驱动微梁在对角线梁宽误差下的有限元分析模型,采用有限元仿真分析和解析计算相结合的方法研究了U型梁一端梁长的变化对微陀螺正交耦合误差、模态耦合以及检测信号的影响.研究发现,当U型梁一端的梁长为另一端长度的二分之一左右时该类加工误差会引发非常严重的正交耦合误差和模态耦合现象,并对检测信号产生极大影响;当U型梁退化为直梁或者为等长梁的时候,对检测信号的干扰很小、正交耦合误差为零、模态耦合程度最小,而且两者的变化规律呈现正相关.适当地加大单自由度微陀螺驱动模态和检测模态的频率差不仅可增加微陀螺的带宽还可减小耦合的影响.     

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.     

一种Z轴微机械陀螺的自解耦方法研究

在分析了微机械陀螺机械耦合误差产生原因的基础上,提出了一种解耦梁方案,可以从结构上消除振动式微机械陀螺敏感模态对驱动模态的耦合影响;基于该解耦梁方案设计了一种新型的Z轴微机械陀螺结构.分析表明,该陀螺结构消除了敏感模态对驱动模态的耦合影响,实现了解耦设计的目的.     

激光陀螺温度误差补偿方法研究

激光陀螺是捷联惯导系统的理想元件,并广泛应用于航空、航天、航海以及地面定位定向等方面;但是,激光陀螺对温度十分敏感,温度的变化会造成激光陀螺零偏的变化,最终影响捷联系统的初始对准和导航精度;所以当要求激光陀螺工作在高精度的场合时,必须采取必要的温度误差补偿措施;通过对激光陀螺进行大量的温度试验,分析了温度及温变速率对激光陀螺零偏的影响规律,提出了激光陀螺温度补偿模型;经试验验证,此模型能在一定程度上改善温度对激光陀螺精度的影响,为进一步提高激光陀螺的精度打下基础。     

微机械陀螺的刻蚀误差特性分析

微陀螺仪结构上的腐蚀凹槽或腐蚀腔可以由深层反应离子刻蚀技术得到,加工过程中存在的刻蚀误差对微陀螺的固有频率、输出精度和稳定性有重要的影响.采用有限元分析软件ANSYS建立了一种梳状微机械陀螺的有限元分析模型,采用解析的方法并通过Matlab数学软件进行仿真,研究了由于加工误差导致微梁过度刻蚀对微陀螺驱动模态、检测模态、固有频率、带宽、灵敏度的影响.结果表明,微梁刚度和微陀螺固有频率随着刻蚀角度的增大而增大;最大过度刻蚀角度为±2度时,其驱动模态和检测模态的固有频率的变化率均超过了14%;刻蚀误差会导致微陀螺工作模态降阶,以及干扰模态介于与驱动和检测模态之间且与驱动模态频率相近,这会严重影响微陀螺的输出精度;带宽随过度刻蚀夹角增大而减小,灵敏度随过度刻蚀夹角的变化而发生不规律变化;当刻蚀角度介于0°~1.5°时,微陀螺的灵敏度将高于无刻蚀误差时微陀螺的灵敏度.     

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.     

振动环境下MEMS陀螺动态误差补偿方法

为解决微机电(micro electromechanical system,MEMS)陀螺仪在随机振动力学环境中的动态误差问题,提出一种MEMS陀螺仪动态误差的补偿方法,建立动态误差模型。通过对MEMS陀螺仪动态误差影响因素的分析,在MEMS陀螺仪静态误差模型基础上加入与振动输入相关的误差项,减小由于随机振动引入的误差,提高MEMS陀螺仪在随机振动环境下的测量精度。结合实例,对所提模型进行仿真分析,验证了其可行性和有效性。     

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...     

石英音叉陀螺误差分析

从理论上分析了石英音叉陀螺仪的几种主要误差源:电容耦合、机械耦合和驱动力耦合,分别建立了这几种误差源的物理模型,并推导了各种误差源的计算公式.通过实例计算,得到了各项误差的影响强度.将计算结果与样机的实测值进行比较,两者基本吻合,从而证明了石英音叉陀螺误差源模型是合理的.     

微型半球陀螺仪的误差源研究

讨论了微型半球陀螺仪特有的一些误差源,主要有感测电路上的量测误差、电极与薄壳间电容的非线性效应误差、温度变化所引发的热漂移、线加速度所引发的误差以及非对称结构和非对称阻尼误差等。对上述误差源的认识是微结构制造和电路设计的基础。     

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.     

基于ANSYS的车桥耦合振动分析

为准确分析车桥之间的相互作用,根据模态综合法推导车桥系统动力平衡方程,基于ANSYS前后处理器的桥梁建模和结果后处理功能,结合自主程序VBDIP(Vehicle Bridge Dynamic Interaction Program),形成1个通用工具用于分析车桥耦合振动问题.以单自由度质-弹系统通过简支梁桥模型为例,计算车桥的动力响应.所得结果与相关文献结果吻合良好,表明该方法正确有效,可用于分析各种车桥耦合振动问题.     

车桥耦合振动的摄动分析方法

基于结构摄动理论,推导车桥耦合动力系统的摄动方程,将原有的车桥耦合动力方程变成一组车辆和桥梁之间不相互耦合的方程组,实现车辆与桥梁的之间的解耦．理论上基于摄动分析方法进行严格推导,以简支梁为例,采用1／4车辆模型,验证了方法的可靠性．提出了该方法在大型有限元软件中的应用方法．     

基于等效模态阻尼的复合隔振系统振动计算方法

基于线性黏弹性假设,将应变能阻尼理论推广到复合隔振系统的等效模态阻尼计算中,运用Python和Abaqus编制相应的计算程序,该程序可考虑材料阻尼的频变特性。以多种材料组成的船舶双层复合隔振系统为算例,计算其等效模态阻尼和隔振器等效阻尼系数。分别采用直接积分法和模态叠加法计算系统振动响应,对比设备、筏架、船底壳的振动加速度响应,验证基于等效模态阻尼的模态叠加法的准确性。结果表明,该方法可以准确计算复杂组合模型的模态阻尼,算例的振动响应计算结果一致性较好,用模态叠加法可以大幅提高复合隔振系统稳态振动响应的计算效率。     

硅微角振动陀螺仪温度特性补偿方法研究

在研究硅微角振动陀螺结构和温度特性的基础上,创建了二元高阶多项式补偿模型,并设计了基于STM32F405的硬件补偿电路,实现该陀螺仪实时温度补偿.实验结果表明:温度补偿后的标度因数温度系数和全温零偏稳定性分别由344 ×10-6/℃和441°/h减小为12.6×10-6/℃和40.6°/h,使得该陀螺仪的温度特性有明显改善,验证了该补偿方法的有效性和可行性.