硅微陀螺仪器件级真空封装

为实现硅微陀螺仪真空封装以提高其性能,对硅微陀螺仪器件级真空封装技术进行研究.首先,设计硅微陀螺仪的专用陶瓷封装管壳,并采用钎焊技术进行封帽,采用金锑合金为焊料以满足封装过程中的高温.分析除气工艺对硅微陀螺仪品质因数的影响,除气试验结果表明,将硅微陀螺仪芯片和封装壳体放置在真空炉中进行高温烘烤,能有效地提高硅微陀螺仪的品质因数.制定硅微陀螺仪器件级真空封装的工艺流程,封装好的硅微陀螺仪的品质因数约为10 363.7,约为空气下的50倍.硅微陀螺仪品质因数跟踪测试结果表明,真空封装的硅微陀螺仪存储5个月后,其品质因数降低为最初的55.1%,这表明采用该器件级真空封装技术封装的硅微陀螺仪的真空保持度较差,有待进一步研究.     

基于多通道锁相放大器的硅微半球谐振陀螺性能测试方法

针对硅微半球谐振陀螺的性能评测问题,研究了一种利用多通道锁相放大器(HF2LI)的快捷、有效测试方法。该方法首先利用多通道锁相放大器对硅微半球陀螺进行扫频,得到硅微半球陀螺的谐振频率和两模态的频差。再记录硅微半球陀螺谐振信号的衰减过程,通过MATLAB指数拟合,从而求得硅微半球陀螺的品质因数。再对调谐电极和模态电极同时施加直流偏压可实现两模态匹配,进而利用该锁相放大器的解调、PLL、PID等模块构建驱动闭环和敏感开环检测系统,测得硅微半球陀螺的标度因数和零偏不稳定性等参数。测试结果表明,该方法具有简单、快捷和有效等特点,可广泛应用于MEMS谐振器件的性能参数测试。     

硅微陀螺仪器件级真空封装技术研究

为进一步提高硅微陀螺仪的品质因数及其稳定性,研究了硅微陀螺仪器件级真空封装的高真空获取技术和真空保持技术。首先,以硅微陀螺仪动力学方程为基础,分析了硅微陀螺仪的误差信号与品质因数之间的关系,并采用稀薄气体动力学分析具有高品质因数陀螺仪的空气阻尼。根据早期真空封装陀螺仪的品质因数跟踪测试曲线,分析了品质因数下降原因。采用程序升温脱附职谱分析法（TPD-MS）分析陶瓷管壳和金属盖板的放气特性,并选用了合理的吸气剂。最后,改进了器件级真空封装流程。测试结果表明,采用改进的器件级真空封装的陀螺仪品质因数最高可达162660,约为早期真空封装陀螺仪品质因数的14倍,且在一年内的变化小于0.05%。     

一种静电驱动微机械谐振传感器的接口电路及应用

针对静电驱动微机械谐振传感器接口动态电容的测量,文中介绍了一种读取接口电路,采用了高频方波对振动信号进行调制,模拟开关进行解调。以静电驱动的某真空封装微机械振动双框架陀螺为例,接口电路实验测试得到的波形与设计预期一致,并利用接口电路和频率扫描方法成功测得微机械振动陀螺驱动模态谐振频率为13.552 k Hz,品质因数为1863。     

硅微振动陀螺仪设计与性能测试

介绍了基于DDSOG(Deep Dry Silicon On Glass)工艺自主研发的硅微振动陀螺仪的结构,封装,及信号与性能检测.利用结构解耦的方法和DDSOG工艺设计和制备了双质量线振动式陀螺结构.为了提高它的机械灵敏度、可靠性和长期稳定性,采取真空封装技术实现了器件级真空封装,并消除了轴向加速度等共模干扰的影响.陀螺电路采用自激闭环驱动、开环检测的方式,简化了电路.为了降低环境温度对陀螺零偏的影响,研究了既定范围内陀螺的输出特性,建立了陀螺输出与温度之间的关系模型,设计了温度补偿电路,降低了陀螺整表的功耗和体积.对采用上述技术的硅微陀螺仪进行了性能测试,测试结果表明,陀螺Q值＞100 000,量程为±500(°)/s,标度为21.453 mV·(°)-1s-1,非线性和对称性分别为36.905×10-6和184.125×10-6.常温下陀螺零偏稳定性为7.714 3(°)/h,带宽为100 Hz,整表体积为31mm×31mm×12mm,功耗为288 mW.该陀螺仪性能好、体积小、功耗低,在中等精度的惯性导航系统中有较好的应用前景.     

一种高性能电磁式微机械振动环陀螺

模态匹配和高的品质因数是提高振动环陀螺性能的关键。设计制作了一种电磁式微机械振动环陀螺,采用了全对称的结构以实现模态匹配。通过理论推导建立了陀螺灵敏度和机械噪声的数学模型,分析了陀螺参数对灵敏度及分辨力的影响。采用（100）晶向的单晶硅及MEMS体硅标准工艺加工了陀螺样片,该工艺简单,无需键合。器件频响实验结果表明,所设计的振动环陀螺驱动模态和检测模态频差小于0.5Hz,大气压下品质因数约为500,在1Pa的低真空下达到14000。锁相放大器测试结果表明,在-200 ~200 o/s测量范围内,陀螺分辨力为0.05o/s,灵敏度为0.2uv/ o/s。测试结果表明该陀螺能够实现模态匹配和较高的品质因数,具有较高的性能指标。     

高Q值硅微机械陀螺系统特性分析与面向精度的设计方法研究

正微机械陀螺是测量刚体角运动的基础核心元器件,是代表精密仪器制造水平的高端复杂测量装置。陀螺精度是制约其发展与应用的关键,而品质因数(Q)是影响硅微机械陀螺精度及其系统性能的重要因素,对陀螺的机械耦合以及电耦合误差,系统零位、噪声以及闭环电路控制能力有着重要影响。本文以Z轴硅微机械陀螺为基础,结合机械单元和电路单元,从系统角度研究了高Q值硅微机械陀螺特性、高Q值对陀螺精度的作用机理以及以陀螺精度为目标的系统设计方法、系统控制电路设计等问题。主要结果如下所述。     

MEMS硅基环形波动陀螺抗高过载能力测试

针对MEMS硅基陀螺在制导炮弹等高过载环境中的应用,以一种S形弹性梁支撑形式的陀螺结构为研究对象,建立了陀螺结构的冲击动力学方程。利用ANSYS对陀螺结构进行瞬态仿真,仿真结果显示该结构在X、Z方向承受的最大应力分别为232.10 MPa、219.04 MPa,远小于硅材料的极限许用应力(790 MPa)。实验室环境下利用马歇特锤对陀螺结构样品进行高过载试验,冲击幅值为13600 g。试验前后通过共聚焦显微镜观察陀螺结构表面形貌,结构完好无损;使用拉曼散射光谱系统对非真空封装的陀螺结构进行应力分析,测试点最大应力为276.65 MPa;对真空封装的陀螺结构驱动模态固有频率进行扫频测试,过载前后频率变化量小于0.05%。仿真和试验结果表明该陀螺结构设计合理且抗过载幅值大于10000 g。     

高真空环境下硅微机械陀螺品质因数的温度特性

分析了温度在高真空环境下对硅微机械陀螺品质因数的影响机理。阐述了热弹性阻尼的复频率模型和硅材料的温度特性,建立了品质因数温度特性理论模型,并对理论模型进行了仿真验证和实验验证。理论计算得到常温下品质因数的温度系数为-9.76×10-3/℃。利用ANSYS对品质因数的温度系数进行仿真分析,得到常温下品质因数温度系数的仿真值为-9.96×10-3/℃。对硅微机械陀螺进行品质因数温度实验,得到常温下品质因数的温度系数为-9.02×10-3/℃,与理论计算结果相差8.20%。实验结果表明:高真空环境下建立陀螺品质因数温度特性的理论模型可为陀螺的温度误差补偿提供理论依据,为陀螺的优化设计提供实际指导。     

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。     

声无限元进展

声无限元在近几年来的发展尤为迅猛。相对于声学领域常用的边界元等其他方法,声无限元应用于声学问题的计算效率是极为优越的,因而适于求解很宽的声学频率和复杂声源形成的声场。介绍了声无限元的引出、原理和早期的声无限元,并根据提出方法的新颖性和受关注的程度,对近年来的声无限元统一归纳为五类,然后扼要介绍了各种方法的原理、所产生的问题以及参考文献中解决的办法。最后,对声无限元进行了前景展望。     

凸轮线的建模设计法

介绍了凸轮曲线常用的设计方法,其中包括:图解设计法、解析设计法和建模设计法.并以TGC350-K滚压成型机的凸轮设计为例,阐述建模设计法在生产中的应用.     

测定微观几何特性的方法和仪器

论述了测定表面粗糙度参数的方法和所使用的仪器及各方法的优缺点。     

基于RAMP插值模型结合导重法求解拓扑优化问题

在连续体拓扑优化领域中,寻求更好的建模方法和更快的求解算法一直是研究人员的研究重点。为此,针对拓扑优化设计方法中的变密度法进行深入分析。研究和比较各向同性惩罚微结构法(Solid isotropic microstructure with penalization,SIMP)和材料属性有理近似模型(Rational approximation of material properties,RAMP)的优缺点后,建立基于RAMP法的优化模型,并结合导重法求解算法,用于结构拓扑优化领域。详细推导单、多工况的最小柔度拓扑优化的迭代公式,给出导重法各变量的物理定义,并分别对单工况和多工况两个典型算例进行拓扑优化计算。算例结果令人满意,同时表明RAMP插值模型结合导重法求解结构拓扑优化问题具有设计变量少、迭代次数少、收敛速度快、优化效率高的特点,验证了其可行性和高效性。     

面向ERP实施的评价方法分析与选择

为了提高企业实施ERP的成功率，针对ERP实施过程中评价方法的选择，按不同类别综述了具有代表性的典型评价方法，分析了各种评价方法的特点，比较了各种方法的优劣和适用性，并归纳了评价方法的发展趋势；给出了相应ERP不同实施阶段评价的适用评价方法，以确保评价的准确性与有效性。     

变M法在电机速度高精度测量中的应用

在分析电机速度常规测量方法优缺点的基础上,引入一种新的方法变 Ｍ 法,并以作者设计的电机速度采集系统为例,说明此种方法的硬软件实现。     

PESEDOSPECTRAL-MULTIWAVELET-GALERKIN METHOD FOR ADVECTION-DIFFUSION PROBLEM WITH COMPLEX BOUNDARY

The element of pesedospectral-multiwavelet-Galerkin method, and how to combine it with penalty method for treating boundary conditions are given. Multiwavelet bases don't overlap on the given scale, and possess the same compact set in a group of several functions, so they can be directly used to the numerical discretion on the finite interval. Numerical tests show that general boundary conditions can be enforced with the penalty method, and that pesedospectral-multiwavelet-Galerkin method can well track the solutions' development. This also proves that pesedospec-tral-multiwavelet-Galerkin method is effective.     

振动信号处理方法综述

振动信号处理方法一直以来是研究的热点,对设备振动监测和故障诊断都至关重要.近年来,振动信号的处理方法得到了快速发展,但仍需不断改进和完善.对近年来的文献进行了分类总结,分别对传统方法中的幅值域分析法、傅里叶变换、相关分析和现代方法中的Wigner-Ville分布、谱分析、小波分析、盲源分离、Hilbert-Huang变换及高阶统计量分析的发展、特点以及应用进行了概述和对比分析,最后作出了总结与展望.     

基于MLS无网格思想的数值流形方法

介绍了一种基于无网格思想的数值流形方法.用移动最小二乘法(MLS)构造插值函数,罚函数法处理位移边界条件,根据变分原理导出整体离散方程,最后用算例验证本文方法是可行的.     

某型飞机翼身连接接头可靠性分析

首先将标准有限元程序与改进的均值法相结合，对某型飞机翼身连接接头处的刚度可靠性进行分析，结果表明在所给载荷和允许应变的情况下，该接头结构在外载变异系数为0．15，弹性模量和剪切模量的变异系数分别为0．05时仍具有较高的可靠度。然后又将标准有限元分析程序与响应面法结合，在假设接头的响应极限状态方程为一不包括交叉项的二次多项式的基础上，利用有限元分析确定响应极限状态方程，通过迭代运算，保证响应极限状态方程在最有可能失效点处与接头结构真实的隐式极限状态方程有很好的近似程度。两种方法的计算结果具有较好的一致性。最后基于弹塑性应变分析，给出大过载情况下低周疲劳寿命可靠性分析结果，得到在给定寿命要求下结构可靠度随疲劳寿命变异系数变化的曲线，并给出在要求可靠度情况下安全寿命随疲劳寿命变异系数的变化曲线，为该型飞机的设计定型提供依据。