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.     

一种电极型MEMS电场传感器封装结构

为了提高MEMS电场传感器敏感芯片封装的环境适应性,该文提出一种新型的电极型MEMS电场传感器封装结构。区别于将传感器敏感芯片及探头放置于被测环境中,该文通过在MEMS电场传感器封装管壳外部增加封装电极,仅将封装电极暴露在被测环境中,有效避免了传感器敏感芯片封装管壳受到多种恶劣环境的干扰。研制出基于新型封装结构的MEMS地面电场传感器及探空电场传感器,仿真及试验结果表明,该结构传感器能够实现对电场高精度准确测量,在高湿、低温等恶劣环境下输出稳定可靠。     

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。     

石英微机电陀螺的频率干扰特性研究

石英微机电陀螺是一种哥氏（Coriolis）振动陀螺,其敏感芯片采用音叉式结构,工作时音叉处于谐振状态。敏感芯片具有多阶模态,前9阶模态覆盖频率为3~21 kHz。敏感芯片的部分模态易受外部振动影响而导致敏感芯片产生共振,使陀螺产生零位偏移误差,陀螺的零位偏移误差可达0.5 （°）/s。该文分析了敏感芯片模态共振误差机理,提出通过结构错频设计避免外部环境特定频率对敏感芯片的影响,从而抑制了零位偏移误差,零位偏移误差减小到约0.03 (°)/s,提高了陀螺的振动环境适应性。     

一种解耦硅MEMS陀螺结构优化及性能仿真

以高机械灵敏度为设计目标,对一种解耦硅MEMS陀螺进行了结构优化,并利用有限元分析软件ANSYS对该MEMS陀螺进行了模态、应力、位移、抗过载及谐响应仿真分析,确定并验证了高灵敏度MEMS陀螺的结构优化原则。优化后的硅MEMS陀螺驱动和检测模态谐振频率分别为3700与3718Hz,机械灵敏度可达0.95nm/(°/s),能够承受500g的冲击载荷,并且能够实现驱动模态和检测模态解耦。     

基于阳极键合的硅微圆盘多环谐振陀螺的设计与制作

提出了一种新型的基于阳极键合的硅微圆盘多环谐振陀螺的结构设计及其制作方法.该种陀螺采用MEMS工艺制作而成,基底材料为肖特BF33玻璃,电极和谐振器均由单晶硅片加工而成,肖特BF33玻璃与单晶硅片通过阳极键合工艺键合在一起.介绍了该种陀螺的基本结构、工作原理,并进行了仿真分析,得出该种陀螺具有较小的频率分裂,表现出陀螺效应.最后,通过MEMS工艺进行了实际加工,得到了该种陀螺的实验样品.     

基于MEMS的高效细胞电融合系统的芯片设计

介绍了一种基于MEMS技术的高效细胞电融合芯片的设计。采用微加工技术将芯片的细胞电融合小室制作成微电极阵列以实现细胞的大量融合,提高细胞的融合效率。还在芯片各个区域设计出不同的融合电极结构,并在相同的融合条件下比较了电极结构不同时融合效率的差异,以便找出一种细胞融合效率更好的电极结构。     

独立敏感式MEMS热膨胀流陀螺的机理研究

提出了一种新型独立敏感式微机电系统(MEMS)热膨胀流陀螺并对其敏感机理进行了研究。通过COMSOL创建了该结构的三维模型,并使用有限元方法对其敏感结构的温度场进行了计算。结果表明,在加热器功率为50 mW,角速度为-10~10 rad/s时,该陀螺的温度灵敏度为0.224 K·(rad·s^-1)^-1,非线性度为2.37%,具有陀螺效应,且灵敏度为1.8 mV·(rad·s^-1)^-1,非线性度为2.06%。该陀螺具有灵敏度高及工艺简单等特点,为后续结构优化提供了理论依据。     

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。     

石英微机械陀螺的研究进展

首先介绍了石英微机械陀螺基于压电效应和科氏加速度的工作原理,回顾了石英微机械陀螺的发展历程,并且介绍了石英微机械陀螺的国内外发展现状。然后,针对石英微机械陀螺不同的结构进行了分类,并且对于不同结构的石英微机械陀螺的具体加工工艺、性能参数、应用领域等进行了综述。最后,对不同结构类型的石英微机械陀螺的尺寸、加工工艺,检测轴向,精度等参数进行了总结和对比,在此基础上分析了石英微机械陀螺的发展趋势,并指出了石英微机械陀螺研究中存在的问题,例如石英加工过程中产生的侧壁晶棱的不平整、石英侧壁电极的制作困难以及石英微机械陀螺多轴化应用的限制等。     

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.     

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.     

在冲击作用下捷联惯性系统结构的设计方法

针对捷联惯性系统对冲击环境敏感,在冲击条件下动态精度差的特点,分别分析了微机电系统(MEMS)陀螺仪、石英加速度计及安装框架的冲击适应性。提出了在冲击载荷作用下捷联惯性系统结构设计的方法:首先,从结构设计上保证传感器的正交布局;其次,设计了一种简单实用的隔冲结构方式,通过有限元仿真和实物试验,结果表明,此方法可靠有效。     

基于Allan方差的MEMS陀螺仪性能评价方法

介绍了Allan方差的基本定义,以及采用Allan方差对陀螺零偏数据进行处理所需的测试系统构成及测试要点。详细推导了采用Allan方差法对陀螺仪噪声进行估算的过程,描述了应用MATLAB进行数据处理平台建设的主要流程。最后运用Allan方差理论对MEMS陀螺信号进行了定量分析,得到了MEMS陀螺仪的量化噪声系数、角度随机游走系数、偏差不稳定性系数、速率随机游走系数和速率斜坡系数5个误差源系数,实验表明该方法能有效地辨识微机械陀螺的各项随机误差成分,可以正确评价陀螺仪的性能指标,为陀螺仪的设计改进提供了依据。     

基于数据融合的MEMS陀螺信号处理研究

针对当前MEMS陀螺仪信号为非平稳、非线性、不同步和信号量大的特点,提出了一种基于数字信号处理器(DSP)信号高速实时处理平台的、并结合多传感器数据融合技术的MEMS陀螺信号处理方案。该方案设计了基于SCC1300MEMS陀螺和DSP的信号采集处理平台,并运用正交基神经网络数据融合算法对采集的陀螺数据进行融合处理。实验结果表明,该方案在保证对陀螺信号进行高速实时采集的基础上,能提高信号处理精度达37.45%。     

微谐振陀螺仪从半球到平面的演变

微谐振陀螺仪是一种固体波动陀螺,常采用微纳制造工艺进行加工,具有小体积、高性能、低功耗、批量化等特点。自1975年世界上第一个半球谐振陀螺诞生以来,微谐振陀螺的谐振子拓扑结构经历了三维结构到二维结构的演变。文章以拓扑结构的发展脉络为主线,对微谐振陀螺的发展过程进行了梳理和总结,最后对目前存在的问题进行了分析,对未来的发展进行了展望。