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。     

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.     

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。     

微型机械的特点,研究现状和应用

简明地叙述了微型机构的特点,综述了微型机构在国内外的研究现状,强调了微型马达的研究在微型机械发展中的重要地位,列举了微型机械应用的典型实例,最后对我国在九五期间发展微型机械提出了一些建议。     

基于遗传算法的微机械陀螺的多学科设计优化

基于micro-electro-mechanical system(MEMS)技术的微机械陀螺是集传感器、致动器、检测与控制等于一体的复杂多学科交叉系统,其整体特性是各个子系统综合作用的结果。在充分考虑工艺、结构、电路、工作环境等多学科或因素的约束条件下,提出微机械陀螺的多学科概念设计模型。以陀螺的灵敏度最大为优化目标,利用遗传算法对设计模型进行全局优化,获得初步的最优设计方案,并采用有限元软件ANSYS验证优化结果的正确性。     

电容式微机械陀螺仪的设计与仿真分析

提出了一种静电梳齿驱动、电容检测的微机械陀螺仪,分析了其工作原理。同时,通过陀螺进行了必要的仿真和相关的分析计算,并根据加工工艺的要求,得到合理的结构。采用体硅标准工艺设计了陀螺的工艺版图,对其进行了封装分析。     

微电子机械技术的现状与发展

微电子机械技术是国际上新兴的科学前沿，它的发展会象微电子技术那样引发一场新的产业革命。本文介绍了微电子机械技术的主要工艺以及在微结构、微传感器、微执行器和微系统方面的研究进展，并对今后的研究动态进行了论述。     

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。     

基于振动理论的微惯性测量元件

对基于振动理论的微型惯性测量元件半球谐振子陀螺仪、微机电系统惯性测量元件的原理、性能和研究现状作了分析,最后指出了惯性测量元件的发展方向。     

微全分析系统中的MEMS技术

微全分析系统（μTAS）的研究和应用,近年来有了巨大发展。本文将着重叙述基于MEMS技术的μTAS的研究和发展,扼要介绍设计,制造μTAS的一些新技术,新材料和新方法,以及我们在研制μTAS方面的一些进展。     

间接连接型音叉振动式微机械陀螺的性能变异分析

以一种间接连接型音叉振动式微机械陀螺为研究对象,分析了加工误差引起的关键参数的性能变异对检测输出电容的影响。通过对这种微机械陀螺的检测原理介绍并对其动力学进行分析,获得了误差检测模型输出电容表达式。结果表明,这种微机械陀螺检测微弹性梁弹性系数的变异引起的不对称对系统输出具有较大的影响,加工中对检测微弹性梁应引起足够的重视。工作为间接连接型音叉振动式微机械陀螺加工性能的提高具有一定的参考价值。     

微型机械材料的力学特性测量

概述了国内外MEMS材料力学特性的测量原理、方法和特点,主要包括弹性模量、残余应力、疲劳特性、破坏强度的测量,为微机电系统的设计和制造提供有益的参考。     

微机电系统(MEMS)纳米摩擦学研究进展

随着微型机电系统(MEMS）的快速发展，MEMS摩擦学已成为当前纳米摩擦学研究中最活跃的前沿领域之一。微观尺寸上的摩擦磨损和润滑对整个MEMS系统的性能、稳定性和寿命起着决定作用，因此研究MEMS的微观摩撩学性能至关重要。本文对近年国内外MEMS摩擦学研究的新进展作了综述，介绍了MEMS系统的纳米摩擦学特性，讨论了包括环境条件、材料处理、表面改性、分子超薄膜润滑等在解决MEMS摩擦和润滑问题上的研究状况，提出了当前相关研究的几个重要问题。     

Micro/Nanotribological and Mechanical Studies of TiN Thin-Film for MEMS Applications

Micro/nanotribological and mechanical characterization of TiN film and single-crystal silicon was investigated. Hardness, friction, and wear properties of both materials were measured by a nanoindenter system. The results demonstrate the similarities and differences between both materials and show that TiN film has more preferable properties in hardness and wear resistance than those of single-crystal silicon. It is more likely that a methodology based on this study can be used for evaluating the quality of micro/nanofilms, and TiN film possesses desirable micro/nanotribological and mechanical characterization for MEMS applications.     

仿医蛭微机器人中SMA的布局及与偏置弹簧匹配的研究

为使仿医蛭管内微机器人在管内爬行时不产生振动 ,在研究其致动机理和振动特性的基础上 ,提出了该机器人弹性足中SMA的最佳布局方式及收缩部件中SMA与偏置弹簧倔强系数之间的最佳匹配关系 ,为此类微机器人的设计奠定了基础     

微机械制造工艺及其应用

介绍微机械制造工艺的特点及关键技术,阐述微机械制造工艺的新技术及其发展趋势。     

微型旋转冲压发动机设计与分析

针对微型动力机电系统(Power micro electromechanical systems, Power MEMS)研究中出现的发动机结构匮乏问题,引入旋转冲压概念,提出微型旋转冲压发动机方案;通过对MIT微型涡轮发动机结构与原理分析,提出离心旋转冲压发动机与向心旋转冲压式发动机结构。通过对半径为5 mm的冲压转子内部气流的冷态模拟计算表明,向心旋转冲压转子在边缘线速度510 m/s情况下,最大可以实现3.6 MPa左右的冲压能力,初步达到冲压发动机运转要求。此时其切向喷口的气流相对速度约为630 m/s,满足微型发动机轴功率的输出要求。流体速度场模拟结果表明,转子内部的气流相对速度小于60 m/s,轴向速度为几米到十几米每秒,有利于组织燃烧与保证驻留时间。最后阐明了转子圆周速度,燃气最高温度,转子尺寸对发动机性能的综合影响规律。     

基于微机电系统的振动能量采集器件设计分析

微能量采集器中电容式采集器易与IC工艺集成,目前已知的传统电容式微能量采集器都需要外加电压,这在很大程度上限制电容式微能量采集器的实际使用。针对该问题,基于微机电系统工艺,提出功函数原理电容式微能量采集器,给出采用两种不同金属作为电容极板电极的采集器原理模型设计,并建立相应系统数学模型,计算大致悬臂梁长度的设置与范围,使用有限元模拟软件ANSYS进行进一步分析与优化设计。在此理论基础上设计出的新型振动能量采集器,可克服传统电容式微能量采集器需要外界提供电源这一缺点。     

微惯性测量组合与GPS组合导航技术

分析了惯性导航系统和全球定位系统的优缺点;介绍了微惯性器件的发展及其用于惯性导航的前景;分析了由微惯性器件组成的捷联惯导与GPS组合导航的可行性;综述了GPS/INS组合导航的工作原理和关键技术.     

强冲击条件下MEMS封装可靠性有限元分析

在强冲击载荷(104g或更高,g为重力加速度)作用下,弹载微电子机械系统(Micro electro-mechanical system,MEMS)(如陀螺仪或加速度计)及电子器件的封装和互连结构失效是影响整弹可靠性及其任务成功性的重要因素.利用有限元建模和动态响应仿真分析方法对强冲击条件下板级微电子机械系统封装结构的可靠性问题及其影响因素进行研究.有限元动态响应分析方法针对MEMS陀螺仪的典型封装结构——无引脚芯片载体进行.分析过程中焊点材料选取更接近工程实际的双线性随动硬化材料模型,详细分析相关敏感因素对焊点互连结构可靠性的影响,并给出提高封装结构可靠性的工程设计建议.