振动式微机械陀螺的驱动模态的研究

本文针对的是振动式微机械陀螺自动增益驱动模态的研究.通常的振动式微机械陀螺的驱动模态采用交-直流电压变化的办法来获取振幅信号,然后通过反馈去控制驱动电压,从而达到恒幅振荡的效果.本文提出了一种直接由交流信号去控制驱动电压的方法,这就避免了由交-直流电压变化造成的延时,达到实时自动增益控制的效果.     

振动式微机械陀螺的电学模拟

根据振动式微机械陀螺的动力学模型导出其等效的电学模型，并利用电路模拟工具对其进行了模拟。利用电路模拟结果，分析了陀螺的运动特性。利用这个电学模型，可以与接口电路混合模拟，优化检测电路的设计。     

音叉振动式微机械陀螺弹性梁的研究

以一种音叉振动式微机械陀螺为研究对象,建立了四自由度微机械陀螺动力学模型,重点分析了驱动微弹性梁和检测微弹性梁刚度较大方向的微弹性系数对微机械陀螺动力学性能的影响.设计了三段检测梁和两段驱动梁并推导出其微弹性系数公式,建立了微弹性梁的评价函数,通过实例解析对微机械陀螺动力学性能进行了优化.结果表明:优化后的微机械陀螺具有较好的健壮性和较高的灵敏度.此研究结果适用于音叉式微机械陀螺,而且对其它MEMS器件的设计具有重要的参考价值.     

电磁驱动微机械陀螺接口电路的研究

电磁驱动电容检测的力平衡微机械陀螺相对于压阻检测等方式的其他形式的微机械陀螺来说,具有高灵敏度及高精度的突出优点,但是其接口电路也比较复杂.这一接口电路从功能上可分为驱动电路和检测电路两个部分:驱动电路的主要功能是使微机械陀螺产生在驱动模态固有频率下的振幅稳定的正弦振动;检测电路的主要功能是拾取陀螺所产生的角速度信号....     

具有栅结构与静电梳齿驱动的电容式微机械陀螺的仿真、设计与测试

电容式陀螺仪是一种振动式陀螺仪,由于加工的特殊性使其具有了传统的陀螺无法比拟的优点,从而拓宽了其应用领域.为了提高陀螺仪的检测精度,本文提出了一种静电梳齿驱动、栅结构的电容式检测的微机械陀螺仪的设计方法,并分析了其工作原理.运用ANSYS软件对陀螺结构进行了仿真和模态分析,仿真结果与理论计算结果相接近.所设计的陀螺结构采用体硅标准工艺方法进行了设计,并对其进行了流片加工和封装,最终得到了电容式微机械陀螺仪.实验测试的结果表明,陀螺驱动模态的固有频率为4.06kHz,灵敏度为0.027 9 v/((°)s-1).     

微机械隧道陀螺的振动特性测试

结合微机械陀螺仪和隧道效应的特点,提出了角振动微机械隧道陀螺仪的工作原理和结构设计方案。针对微机械陀螺的驱动和检测在面内和面外的结构特点,制定了图像处理法、静电力阶跃激励法和机械激励法等振动特性测试方法,在大气环境下分别对隧道陀螺仪驱动和检测模态的振动特性进行了测试,得到了相应的谐振频率,采用不同的方法得到的结果基本一致。     

旋转体自身驱动的硅微机械陀螺

报道了一种利用旋转体自身角速度作为驱动力，通过各向异性刻蚀硅片制作的硅微机械陀螺。介绍了该陀螺敏感结构（硅摆）的设计、制作与封装工艺，用仿真器测试了旋转体的角速率。模拟试验和性能测试表明，该陀螺结构原理正确，可用于敏感旋转体的偏航或俯仰角速度，以及旋转体自身的角速度。     

参数激励驱动微陀螺系统的非线性振动特性研究

对于一类典型的切向梳齿驱动型微陀螺,建立两自由度、具有刚度立方非线性和参数激励驱动的微陀螺系统动力学模型。考虑主参数共振和1∶1内共振的情况,利用多尺度法获得周期解的解析形式,并利用分岔理论,得到Hopf分岔条件,结合数值模拟系统的动力学响应,揭示系统参数对驱动和检测模态振幅和分岔行为的影响机制。研究结果表明,在1∶1内共振和较大的载体角速度下,激励频率的变化容易引起微陀螺振动系统的多稳态解、振幅跳跃现象和概周期响应等复杂动力学行为。     

用模态机械阻抗综合法分析机车振动

本文以列车运行提速后振动加剧的客观事实为背景，以韶山8型(SS8型)电力机车为例，采用模态机械阻抗综合法对振动系统进行分析，建立复杂机械系统多层隔振动系统的动力学模型，计算电力机车系统前6阶固有频率及振型，为进一步动态响应分析提供依据。     

轮胎振动模态研究

轮胎动力特性是影响汽车行驶性能的重要一环。本文根据轮胎的实际结构，建立了由帘布层、带束层和橡胶层组成的轮胎复会材料力学模型，研究了轮胎的模态频率和振型，得到了与实验基本相同的结果。     

Zero-Rate Output and Quadrature Compensation in Vibratory MEMS Gyroscopes

In this paper, issues related to the zero-rate output (ZRO) of a vibratory microgyroscope are studied. Different sources of the ZRO are discussed and how the effect of each source can be minimized and their stability improved is described. The effects of synchronous demodulation and electrostatic quadrature compensation performed with a dc voltage on the final ZRO are analyzed. Ways to implement the control loop for electrostatic quadrature compensation performed with a dc voltage are described, concentrating on a case where the compensation voltage is generated with a digital-to-analog converter and the controller is digital. In particular, extending the resolution with SigmaDelta techniques is studied. The experimental work shows the feasibility of the implemented quadrature compensation loop and analyzes the ZRO sources of one particular gyroscope implementation. How to perform the ZRO measurements in such a way that the various sources can be distinguished from each other is also described.     

MEMS陀螺随机误差辨识与降噪技术

针对MEMS陀螺精度受随机误差的影响,并随测姿积分算法逐渐增长的问题,采用时间序列分析法对MEMS陀螺的输入输出数据进行辨识,建立系统的ARMA模型,利用卡尔曼滤波方法对随机误差进行降噪处理,最后对随机误差降噪技术进行实验验证.实验结果表明,降噪后随机误差方差为降噪前的7.17%,由降噪后的MEMS陀螺数据计算得到的姿态角误差小于1°,能够满足低成本导航系统的需要.     

基于MEMS陀螺的低成本捷联惯导系统设计

介绍了一种基于MEMS陀螺和石英挠性加速度计的低成本捷联惯性导航系统的设计与实现方法。给出了惯性测量单元(IMU)的模型方程,并在全温下对IMU的输出进行补偿;采用"四元数"法进行姿态计算,通过坐标变换、积分运算确定载体的速度、位置;对惯测样机进行了60 s的静态测试,结果表明该系统短期准确度满足SINS/GPS组合导航系统需求。     

压电驱动MEMS光学扫描镜的研制

为实现高速大角度光学扫描,研制了一种新型压电陶瓷驱动MEMS光学扫描镜．将两块压电陶瓷分别放置在扫描镜背面两侧作为驱动,通过简单的扭转梁结构把两块压电陶瓷沿相反方向上下振动转换成镜片的扭转振动．采用MEMS体硅工艺及微装配技术,制备出器件样品．经测试,大气压下,研制出的扫描镜扫描谐振频率可达21．9kHz,施加200V交流电,谐振态的光学扫描角度为21．8°．测试数据表明该器件适用于激光打印、务形码扫描及微型激光投影显示等领域．     

A Closed-Loop Digitally Controlled MEMS Gyroscope With Unconstrained Sigma-Delta Force-Feedback

In this paper, we describe the system architecture and prototype measurements of a MEMS gyroscope system with a resolution of 0.025 $^{circ}$/s/ $sqrt{{rm Hz}}$. The architecture makes extensive use of control loops, which are mostly in the digital domain. For the primary mode both the amplitude and the resonance frequency are tracked and controlled. The secondary mode readout is based on unconstrained $SigmaDelta$ force-feedback, which does not require a compensation filter in the loop and thus allows more beneficial quantization noise shaping than prior designs of the same order. Due to the force-feedback, the gyroscope has ample dynamic range to correct the quadrature error in the digital domain. The largely digital setup also gives a lot of flexibility in characterization and testing, where system identification techniques have been used to characterize the sensors. This way, a parasitic direct electrical coupling between actuation and readout of the mass-spring systems was estimated and corrected in the digital domain. Special care is also given to the capacitive readout circuit, which operates in continuous time.      

振动沉桩系统的主共振非线性动力学分析

根据振动沉桩机理,结合土壤的非线性应力―应变关系,提出把土壤对桩的作用看作一个软式非线性弹簧和一个线性阻尼器。建立振动沉桩非线性动力学模型,利用多尺度法得到系统主共振情况下的一次近似解。选取适当的参数,分析系统稳态主共振幅频特性,并且借助Matlab确定主共振在多解频带上取稳定解的初始位移区间。最后讨论施工参数变化对主共振幅频特性的影响。研究结果对振动沉桩的现场施工具有指导作用。     

Mode I and mixed mode fracture of polysilicon for MEMS

An experimental study was carried out to investigate the local and effective fracture behaviour of polycrystalline silicon for microelectromechanical systems (MEMS). The apparent mode I critical stress intensity factor was determined from MEMS‐scale tension specimens containing atomically sharp edge pre‐cracks, while local deformation fields were recorded near the crack tip, with high resolution by the in situ Atomic Force Microscopy (AFM)/Digital Image Correlation (DIC) method previously developed by this group. The effective mode I critical stress intensity factor varied in the range 0.843–1.225 MPa√m. This distribution of values was attributed to local (in grain) cleavage anisotropy and to enhanced grain boundary toughening. The same sources resulted in very different local and macroscopic (apparent) stress intensity factors, which, combined with the small grain size of polysilicon (0.3 μm,) were the reason for subcritical crack growth that was evidenced experimentally by AFM topographic and AFM/DIC displacement measurements. The effect of local in‐grain anisotropy and granular inhomogeneity was stronger under mixed mode loading of edge cracks inclined at angles up to 55° with respect to the applied far‐field load. The K_I–K_II locus was characterized by scatter in the K_Ic values but on average it followed the curves calculated by the maximum tensile stress and the maximum energy release rate criteria calculated assuming isotropy.     

再入式光纤陀螺实用化技术研究

再入式光纤陀螺（Re—FOG）使相互干涉的两路光循环进入光纤环,通过缩短光纤长度克服温度和应力引起的误差。本文研究了再入武光纤陀螺实用化的相关技术;提出了一种采用脉冲相位调制的信号检测方法;设计了专门的数据通讯模块。实验结果表明：所提出的信号检测方法可分离出所需循环次数的信号并解算出陀螺转速;所设计的通讯模块能保证实现陀螺与导航计算机之间的快速、稳定、准确的数据传送。再入式光纤陀螺可成为实用化的新型光纤陀螺。     

微系统用超声微电机的研究现状和发展趋势

 微电机是微机电系统(MEMS)的核心，超声微电机是一个新的发展方向．这几年发展十分迅速． 首先对比分析超声微电机与电磁型微电机和静电微电机的区别，对国内外现有的几种超声微电机及其发展趋势进行了介绍和分析，指出目前超声微电机发展存在研究定位不明和关键技术尚未完全解决两大问题。并提出了今后超声微电机发展的研究定位和必须解决的一些关键技术，其应用重点是军民两用，特别是军工． 最后，指出市场牵引和工程实现是超声微电机取得突破的关键因素的同时，政府、产业和研究单位各方面的重视和形成合力则是推进我国超声微电机研究和产业化的关键．