硅微振动陀螺的理论分析

应用欧拉动力学基本方程，对双框架结构的硅微型振动陀螺进行了理论分析，给出了完整的陀螺动力学方程，并且从灵敏度和驱动技术的角度对这种陀螺的机理作了探讨。     

硅微机械振动陀螺的静电驱动

详细分析了双框架结构的硅微机械振动陀螺的驱动技术。结果说明：为了获得陀螺的最佳灵敏度，陀螺外框架上外加驱动电压的人小和频率的选择受到陀螺内外框架固有频率的约束。     

基于公理设计理论的微机械石英陀螺的研究

运用公理设计的理论分析了振动陀螺的原理,提出了振动陀螺的公理设计模型,并用这种模型对微机械石英陀螺的振动敏感元件—石英音叉片进行了解耦分析。运用灵敏度的有限元分析方法对石英音叉片的解耦设计的优劣进行了评价,为后续的设计提供有益的参考。     

金属壳谐振陀螺研究进展

金属壳谐振陀螺是振动陀螺的一个重要分支,其敏感结构为金属制成的壳体,称为金属谐振子,当谐振子随载体旋转时,哥氏效应引起敏感结构振型的"移动"是其对"旋转"敏感的基本表现形式.金属壳谐振陀螺不仅具有传统陀螺的惯性品质,而且具有能够抗高过载、量程大的特点,这是其他类型陀螺所不具备的.本文综述了金属壳谐振陀螺的研究进展,从设计思想、理论建模、结构设计、信号处理等方面进行了讨论,并指出了金属壳谐振陀螺的发展趋势.     

微机械陀螺的仿真与优化

微机械陀螺依靠振动模态频率来测量旋转角速度,通常微机械结构的振动模态相当复杂。虽然已有很多文章研究了如何调节驱动模态和敏感模态以获得最大的敏感度,却很少有人分析微机械陀螺的振动模态。振动模态与陀螺结构的设计参数有极大的关系,这些参数包括陀螺检测质量的尺寸、支撑系统的类型和尺寸,以及用以制造陀螺主体的多晶硅的残余应力。研究了一个静电驱动、电容检测、敏感垂直轴角速度的陀螺(也称平面陀螺)。同时,用有限元法分析法对微机械陀螺的结构进行了分析。     

双组合式压电角速率陀螺传感器

介绍一种用于在复合振动状态２下能准确测量振角速率的夺电陀螺传感器。由于传感器使用双组合工敏感并采取力学参数对称，电路参数补偿，同步反向激励，分输出相减，两只敏感梁在驱动轴上作等频、等幅、反相位振动第一系列技术措施，有铲地消除了各种横向振动、冲击加速度的影响，保证了角速率的正确测量。     

激光陀螺微小绝对振动信号处理系统的研究

采用激光陀螺作为微小绝对振动传感器.在分析陀螺振动测量的原理和影响陀螺测量灵敏度的主要因素的基础上,研制了相应的信号处理系统,并对处理系统的噪声性能进行了测量.实验表明,该信号处理系统完全能满足微小绝对振动测量的要求.     

光纤陀螺捷联系统振动误差补偿研究

针对舰船振动环境对光纤陀螺捷联系统性能的影响,提出基于神经网络的非线性数学补偿方案。对加速度计信息作傅里叶分析,进行振动特征提取;利用提取的振动特征值作为输入向量进行BP神经网络训练,建立光纤陀螺误差输出模型;对陀螺进行在线补偿,减小振动引起的漂移误差,提高了捷联系统初始对准精度。     

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.     

自动增益控制在振动式微陀螺驱动中的应用

在振动式微陀螺的工作过程中,输入角加速度的变化将导致驱动轴振动幅值的变化,从而降低微陀螺的测量精度.文章研究利用自动增益控制技术使微陀螺驱动轴振动幅值保持恒定的方法,提出了合适的MIT自适应控制律,并且利用Simulink仿真验证了该方法的正确性与可行性,仿真结果表明,自动增益控制在提高微陀螺的测量线性度方面有显著作用.     

超流体陀螺的原理和最新发展

超流体陀螺是基于物质波萨格纳克效应的干涉式陀螺仪,具有实现高精度陀螺仪的潜力.在阐述了超流体陀螺原理的基础上,分析了超流体陀螺在超流体干涉仪实验装置的研制和相关原理的研究、量程扩展技术研究、噪声特性研究等方面取得的最新成果,并对超流体陀螺的未来发展趋势进行了展望.     

介观压阻效应电磁驱动微机械陀螺仪的设计与测试

将共振隧穿二极管具有的介观压阻效应与哥氏效应结合应用于陀螺的设计中,提出了一种新型的采用回折型正交梁的陀螺结构。结合现在的工艺水平,设计了合理的加工工艺方案,并进行了加工与封装。通过对封装后的陀螺进行驱动方向测试,得到了固有频率的范围;检测方向上利用振动台对陀螺灵敏度进行了测试,得到在1kHz和4kHz时的测试灵敏度分别为7.51mV/gn、100.74mV/gn。     

Study on frequency stability of a linear-vibration MEMS gyroscope

Thermal-dependent frequency stability of a linear-vibration gyroscope, based on elastic theory of thin plate, is studied. As an elastic structure, the resonant frequency of the gyroscope is determined by the secant coefficient of thermal expansion of the material in which the gyroscope is made. For decreasing the frequency variation under different temperatures, the gyroscope can be changed in its structure to eliminate the thermal stress caused by mismatch of materials the gyroscope made in. Two gyroscopes with straight-beam and folded-beam supporting respectively are designed and analyzed. When replacing straight-beam by folded-beam in the gyroscope, the frequency variation of the gyroscope decreases. The two structures then are manufactured for testing. The testing shows the same result as analysis.     

小波阈值去噪和FAR建模结合的MEMS陀螺数据处理方法

为解决MEMS陀螺输出信号中噪声大、随机漂移严重的问题,提出了一种小波阈值去噪和函数系数自回归FAR建模结合的MEMS陀螺数据处理方法。采用小波阈值去噪法对MEMS陀螺输出信号去噪,提高其信噪比;为克服常用的自回归AR模型无法解决MEMS陀螺随机漂移存在的非线性问题,引入FAR模型对MEMS陀螺的随机漂移进行建模。实验结果表明,此数据处理方法可有效抑制MEMS陀螺输出噪声,且与AR模型相比,FAR模型能更精确地对MEMS陀螺随机漂移进行建模及预测。     

磁悬浮转子微陀螺及其悬浮力与稳定性的分析

磁悬浮转子微陀螺是一种集经典陀螺的工作原理与易实现微加工批量生产的特点于一体,可望得到高准确度的微陀螺。它是基于电磁场原理得以悬浮、旋转以及稳定;以ANSYS5.6有限元分析软件包为工具分析了悬浮线圈中的电流幅值和线圈宽度对悬浮力的影响规律;分析了磁悬浮转子微陀螺的运行稳定性,验证了稳定线圈能使微转子稳定运行,从而磁悬浮转子微陀螺的设计得以论证。进行的数值计算为优化微陀螺的结构设计提供依据。     

三框架电容式硅微机械陀螺动力学分析

为了解决双框架陀螺在加工中不可避免的误差,提出了三框架电容式微机械陀螺系统。该系统由3个框架(即3个质量块)组成。采用静电差分驱动方式,梳状叉指电容,多个柔性杆设计使得该结构从理论分析和加工误差上解决了耦合现象。同时,通过提高中间框架的质量,使得陀螺的灵敏度大大提高。介绍了该三框架电容式微机械陀螺仪的工作原理,给出了所设计陀螺动力学方程的详尽推导和MAT-LAB仿真分析。     

轴不对准角在挠性陀螺组合静态误差标定中的应用

陀螺组合的安装误差会引起陀螺漂移,从而对惯导系统产生影响。从挠性陀螺组合安装误差模型入手,推导出存在轴不对准角情况下的挠性陀螺组合静态误差标定模型,并给出静态误差标定的位置试验方案。提出的标定方案可以有效标定陀螺组合静态误差系数,从而减少陀螺漂移。     

基于GUI的大量程MEMS陀螺仪快速标定设计

针对MEMS大量程陀螺仪量程较大,一般的标定设备达不到需要的转速,因此不适合用三轴位置速率转台标定。设计了一种新的标定设备,提出了一种适用于大量程微机电陀螺仪的标定方法,并设计了GUI操作界面。根据微机电陀螺仪的输出数学模型,推导了如何得到MEMS陀螺仪的零点和标定因数等参数。通过实验数据分析可知,大量程微机电陀螺仪标定设备可以标定20 r/s的大量程陀螺仪。该设备原理简单且易于实现,具有较高的应用价值。     

Design and fabrication of a micromachined gyroscope with high shock resistance

In this paper, a tuning fork gyroscope designed for high-g shock environments is presented. This micro gyroscope with 10 kHz designed working frequency is composed of double symmetrical frame structures that are connected by middle coupling beams. Two level elastic stoppers were designed in order to improve the shock resistance of the gyroscope. Slots were etched to reduce damping in the inner bonding regions. By bulk silicon micromachining technology, the gyroscope was fabricated on a 300 μm thickness silicon wafer. The working frequencies of the gyroscope on the driving and sensing modes are 10,240 and 11,160 Hz, respectively. Shock experiments to bare chips indicate that the shock resistance of the gyroscope along X-axis is 15,000 g, Y-axis is 14,000 g and Z-axis is 11,000 g.     

金属多环振动盘MEMS微陀螺及其微加工工艺

基于硅基振动盘微陀螺采用金属材料作为振子,提出了一种金属结构多环振动盘MEMS微陀螺,通过使用电镀工艺,实现了金属结构多环振动盘微陀螺的低成本低温加工方法.通过研究振动盘式微陀螺的工作原理及检测和驱动方法,设计了多环振动盘微陀螺的结构.使用有限元方法对陀螺金属振子进行了动力学仿真,验证了金属结构多环振动盘陀螺的可行性,并对微陀螺的加工工艺流程进行了微加工制作,获得了微陀螺芯片.研究解决了实现金属结构多环振动盘微陀螺的关键技术.