一种基于滑膜阻尼效应的新型微机械陀螺

介绍了一种基于滑膜阻尼效应的新型音叉式微机械陀螺。该陀螺包括两个驱动质量块和由各自驱动质量块支撑的检测质量块，通过检测质量块上的栅形电极与玻璃衬底上的固定检测电极之间的电容变化实现角速度信号的检测。对陀螺进行了结构设计和分析。在陀螺芯片的制作过程中，解决了深反应离子刻蚀过程中的根部效应和滞后效应等问题。初步测试结果表明，该陀螺灵敏度和非线性度比较理想。     

音叉式全解耦微机电陀螺的设计与仿真

文中对严重影响微机电陀螺(简称微陀螺)灵敏度的机械耦合误差进行深层研究和分析,提出并设计了一种基于体硅制造的新型全解耦音叉式微陀螺仪。为实现新型微陀螺的驱动和检测模态完全解耦,在一定的带宽下保持较高的检测灵敏度,采用了新型敏感检测梁和对称的音叉式结构。根据微陀螺仪的实体模型建立了其动力学模型,应用两种空气阻尼模型对检测阻尼特性进行了研究和计算。通过多种固有模态的匹配仿真试验和谐响应分析,确定了新型微陀螺的检测方式和弹性梁结构参数。仿真结果显示,该新型陀螺实现了驱动和检测方向的完全独立,显著减小了机械耦合误差。     

微机械陀螺仪的微结构分析与设计

针对基于微米技术的微机械陀螺检测功能微弱的现象,本文建立了振动轮式微机械陀螺仪的机电系统动力学模型,经对某微陀螺结构的仿真计算发现,哥氏阻尼力随激励哥氏力增大而增大,造成电容检测信号极为微弱,无论激励的幅度和频率如何,为此,本文给出了一种新型振动轮式微陀螺结构,可减小哥氏阻尼力,相对增大了激励哥氏力,这种新型结构显著增强了电容检测信号,而且具有双轴微陀螺功能,对耦合线加速度不敏感等特点。     

基于振动模态的微器件结构设计评价方法

为了提高微器件的设计效率,提出一种微器件的结构新型设计评价方法。首先,根据理论分析获得微机械陀螺结构设计原则,以典型两质量块微机械陀螺为研究对象,利用有限元工具与模态分析相结合,获得该系统固有频率和相应的振型矩阵;然后,利用模态叠加法求各阶模态对于驱动振动和检测振动的贡献度,并采用能量法分析各阶模态对系统的影响;最后,针对两类音叉式微机械陀螺具体实例模型,分别获得系统各阶模态能量在频域上的分布情况,证明所提出的微结构设计评价方法的正确性。     

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。     

一种微机械陀螺自激驱动方式的电学模拟

为提高微机械陀螺的检测精度，稳定驱动振动速度幅度，提出了微机械陀螺的自激驱动方式，它能够使驱动振动自动稳定在驱动模态的固有频率上振动，以及保持恒定的驱动振动速度幅度。根据自激驱动电路原理，建立了驱动动力学方程的等效电路模型，用PSPICE软件对电路的工作状况进行了模拟，模拟结果验证了该方法切实可行。     

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。     

电容式环形微机电振动陀螺的设计

针对环形振动陀螺结构对称、模态特性参数相同与抗干扰特性好的特点,提出了一种新型的电容式环形微机电振动陀螺。设计了S形弹性支撑梁形式的硅基环形振动陀螺敏感结构,并仿真分析了陀螺的工作模态与幅频响应特性。根据环形振动陀螺的动力学特性,研究了陀螺的机电接口形式与硅基电极的设置方法,建立了硅基电极的电学参数模型与陀螺的角速度敏感模型。基于深离子刻蚀技术设计了简单可行的传感器制备流程,并成功制备了陀螺的敏感结构。实验测试结果显示,该环形微机电振动陀螺驱动与检测模态的谐振频率分别为9 028.86Hz与9 036.15Hz,品质因数分别为25 051与25 026,标度因数为0.589 7mV/((°)·s~(-1))。实验结果验证了陀螺设计与研究方法的正确性,为高性能硅基微机电陀螺的研制提供了一种可行的方案。     

双框架硅微型机械振动陀螺仪鲁棒控制研究

以内框驱动式双框架硅微型角振动机械陀螺仪为对象,建立了闭环力平衡控制模型,采用鲁棒H∞控制理论中的混合灵敏度法设计了鲁棒控制器。仿真结果表明,同开环微机械陀螺相比,通过合理选择加权函数设计出的鲁棒H∞控制器能使微机械陀螺对敏感轴固有频率摄动敏感性显著降低,微机械陀螺鲁棒性能显著提高。     

基于子结构模型的音叉振动式微机械陀螺的检测电容解析方法

为建立加工缺陷对微机械陀螺性能影响的机理性模型,解决高精度微机械结构优化设计的计算时间问题,以微机械加工技术制备的音叉振动式微机械陀螺为研究对象,利用多自由度动态有限元解析理论,提出基于子结构模型的检测电容解析法,实现微陀螺实际工作状态的模拟,并对模拟结果进行试验验证。从实例解析出发,发现微陀螺加工缺陷和工艺误差虽然对其结构固频特性影响不大,但是对其最终输出的电容检测特性具有较大影响这一重要现象。解析方法和结果在提高微机械陀螺解析精度和解析效率的基础上,对多物理场耦合工作环境下音叉振动式微机械陀螺健壮性能的解析和评价具有重要的参考价值。     

Design and simulation of a tuning fork micromachined gyroscope with slide film damping

1Introduction Micromachinedgyroscopeshaveattracted lotsofattentionduringthepastseveralyears duetotheirsmallsize,lowcost,massproduc tionandeasyintegrationwithelectronics[12].It isveryimprotantforaeronautics,astronautics,automobilesandmilitaryapplicationtodevelop micromachinedgyroscopewithhighperform ance.Allvibratorygyroscopesarebasedonthe transferofenergybetweentwovibrationmodes ofastructurecausedbyCoriolisacceleration.A numberofgyroscopes,includingtuningforks,vi bratingbeamsandvibtatingshell…     

微型压电陶瓷棒角速率陀螺设计

研制了基于微型压电陶瓷棒结构代替双敏感梁结构及压电陶瓷片的微型角速率陀螺,并设计了相敏检波电路。首先采用易于加工成高精度的微型陶瓷棒作为敏感体,在其上印刷成六个带状电极并予以极化构成三副电极对,然后设计了封装及相敏检波电路,从而有效地减小了敏感结构的尺寸,提高了其加工精度,实现了角速率陀螺微型化。标定结果表明,该角速率陀螺线性度好,相关系数为0.9996;精度高,标准误差为0.0036。     

铰链式高冲击微加速度传感器封装的有限元模拟

给出了一种新型铰链式高冲击微加速度传感器实际封装结构的有限元模拟分析。首先分析了封装前铰链式加速度传感器的振型,然后分析了封装结构在无灌封和五种不同灌封材料下的前十阶模态频率特性。灌封胶弹性模量对封装后加速度传感器整体结构的振动模态有一定的影响,封装结构同一振型的模态频率随着灌封胶弹性模量的增大而增大,但是灌封胶弹性模量很小时(E≤1 GPa)会导致加速度传感器信号失真。模拟结果表明,可以选择弹性模量足够高的材料(E>9 GPa)作为高冲击加速度传感器的灌封材料。     

扇形梳齿驱动式体硅微机械 隧道陀螺仪的设计与制备

介绍了一种利用隧道效应所具有的高位移敏感特性来获得较高灵敏度的微机械隧道振动陀螺仪的设计和工艺制备,该陀螺仪分别采用扇形梳齿驱动和面外振动悬臂梁的方式实现质量块的振动和恒隧道电流的检测。介绍了扇形梳齿驱动的工作原理和隧道陀螺仪的设计。由于采用了硅玻键合和深反应离子蚀刻(DRIE)的DDSOG体硅制备工艺,因而可获得较大的敏感质量块,从而使陀螺仪具有较高的灵敏度和较大的动态响应范围。根据检测模态和驱动模态匹配的原则,利用有限元模型对隧道陀螺仪的结构尺寸进行了优化,仿真结果表明,该陀螺仪在常压下的灵敏度为0.007 nm(°)/s。     

基于ECT的复合材料构件胶层缺陷检测

航空用复合材料构件在制造和服役过程中不可避免会产生各种缺陷及损伤。通常复合材料构件是粘贴在基体上使用,针对其粘接胶层缺陷和损伤,提出了一种基于同面阵列电极传感器ECT技术的无损检测方法。基于电容边缘效应,利用同面阵列电极传感器,以循环激励方式工作,根据复合材料构件胶层内部缺陷/损伤对材料介电特性的影响,进行缺陷/损伤检测。通过仿真和实验研究了复合材料构件典型胶层缺陷与阵列电极传感器电容变化量的关系,并基于线性反投影算法对其成像。研究结果表明基于电容敏感机理的同面阵列电极传感器对复合材料构件胶层缺陷检测的可行性和有效性。     

基于电喷雾电离源质谱仪系统的八电极线性离子阱性能研究

八电极线性离子阱在前期的理论模拟研究中取得了较好的质量分析性能,为验证理论模拟结果,选择其中最优的结构参数,设计、加工并组装了八电极线性离子阱实物,以此为基础搭建电喷雾电离源质谱测试系统。在传统射频电压施加模式下,测试八电极线性离子阱的分析性能。当扫描速度为765 u/s时,八电极线性离子阱获得离子峰的半峰宽可达0.3 u,对应利血平（m/z 609）的质量分辨率为2 030。当分析浓度为10 mg/m3的利血平样品时,对应的质谱峰信噪比可达45.8。本文进一步研究了扫描速度对质量分辨率和灵敏度的影响,实现了离子碰撞诱导解离,分析了不同浓度的25羟基维生素D2标准样品,线性动态范围可达4个数量级。结果表明,八电极线性离子阱具有良好的分析性能,可为结构简化线性离子阱的研究提供全新思路,推动小型化离子阱质谱仪的研究进展。     

Controlling chaos of a chaotic nonlinear gyro using variable structure control

In this paper, a variable structure control (VSC) design for a chaotic symmetric gyro with linear-plus-cubic damping is considered. The results show that the stable or unstable (chaotic) nonlinear gyros can be controlled and asymptotically driven the system orbits to arbitrarily desired trajectories. Numerical simulations demonstrate the validity and feasibility of the proposed VSC design method.     

块体物料的超声振动输送及同步驱动

针对小块体物料的短距离精密输送问题,提出超声振动输送新方法,设计制作了基于弯曲行波的环形压电输送振子。依据模块化设计思想,将输送装置设计成3个单一输送振子的并列组合,采取多个振子的同步驱动。对所设计振子的模态及同步驱动特性进行了理论分析与实际测试,试验结果验证了超声振动输送装置同步驱动的可行性。