硅微机械陀螺仪封装应力研究

封装热应力会降低硅微机械陀螺仪性能,为了减小封装热应力,对封装热应力与封装材料之间的关系进行了研究.首先对封装的硅微机械陀螺仪结构进行了简化,建立了有限元模型,仿真并分析了在封装过程中陶瓷基底材料和粘接剂对热应力的影响.仿真结果表明,陶瓷基底和粘接剂的热膨胀系数与硅的热膨胀系数匹配,且粘接剂的杨氏模量较小时,热应力较小.粘接层厚度超过60μm,平面尺寸大于陀螺仪芯片尺寸时,热应力较小.     

微机械陀螺仪的工作原理及其应用

本文详细介绍了意法半导体公司的电容式微机械陀螺仪的基本工作原理,其采用对称双质量块结构,驱动质量块由静电力驱动产生可控的运动速度,而检测质量块则由哥氏力推动运动。振荡驱动电路采用了双闭环的控制结构,有效地减小了温度或其它缺陷对振幅的影响,显著提高了陀螺仪的分辨率和稳定性。最后,以单轴偏航陀螺仪LY530AL为例,     

一种新颖的z轴硅微陀螺仪信号检测方案研究

硅微陀螺仪具有体积小、功耗低、可靠性高等优点,在惯性测量领域有着广泛的应用前景。为了提高陀螺仪测量的灵敏度和信噪比,提出了一种新颖的信号检测方案。该方案研究了硅微陀螺仪驱动模态、检测模态的动力学方程,建立了陀螺仪等效力学模型,观察陀螺仪的动态特性,探讨硅微陀螺仪信号检测方法,并对陀螺仪的机械结构及检测电路进行系统仿真。仿真结果验证了相位检测方案的可行性。     

微机械陀螺仪设计与研究

介绍了微机械陀螺仪的关键技术、种类、性能比较和不同应用领域对其性能参数的要求。总结了近几年国内外微机械陀螺仪结构的研究最新成果。对框架式、音叉式、振动轮式、振动环式、转子悬浮式、质量块式和双线振动式等微机械陀螺仪的结构、加工和性能等进行了分析比较。主要阐述了微机械陀螺仪的漂移误差、精度和封装技术3大研究难点和高精度、微加工维度、结构和电路优化、单片多自由度和单片集成化等研究发展趋势。     

旋转载体用硅微机械陀螺的相位研究

介绍了利用旋转载体自身旋转作为驱动力的硅微机械陀螺的相位提取技术。当陀螺的敏感轴平行于载体偏转平面时,硅摆所受的哥氏力最大,输出为正弦信号的峰值;当它的敏感轴和偏转平面垂直时,输出为正弦信号的零值。因此,以载体的自转信号为基准,通过比较输出信号波峰在输入基准坐标中相位的变化可知敏感轴的方向,进而能够确定旋转平面及载体在空间中的偏转方向。     

旋转载体用硅微机械陀螺的相位研究

介绍了利用旋转栽体自身旋转作为驱动力的硅微机械陀螺的相位提取技术.当陀螺的敏感轴平行于载体偏转平面时,硅摆所受的哥氏力最大,输出为正弦信号的峰值;当它的敏感轴和偏转平面垂直时,输出为正弦信号的零值.因此,以载体的自转信号为基准,通过比较输出信号波峰在输入基准坐标中相位的变化可知敏感轴的方向,进而能够确定旋转平面及栽体在空间中的偏转方向.     

旋转载体用硅微机械陀螺的相位研究

介绍了利用旋转载体自身旋转作为驱动力的硅微机械陀螺的相位提取技术。当陀螺的敏感轴平行于载体偏转平面时，硅摆所受的哥氏力最大，输出为正弦信号的峰值；当它的敏感轴和偏转平面垂直时，输出为正弦信号的零值。因此，以载体的自转信号为基准，通过比较输出信号波峰在输入基准坐标中相位的变化可知敏感轴的方向，进而能够确定旋转平面及载体在空间中的偏转方向。     

微机械陀螺仪性能指标测试及计算方法

介绍了微机械陀螺仪的测试方法,陀螺仪标度因素及非线性度、不对称度、重复性,零偏稳定性、零偏重复性的定义和计算方法,并用Matlab软件对陀螺仪．幽匏指标进行计算,给出了部分算法源程序。     

国外的一种新型机械陀螺仪

本文介绍一种独特的低成本双轴陀螺仪，这种陀螺仪具有调谐转子陀螺仪低噪声性能特征，但没有挠性支承系统，其设计集中了球形流体动压气体轴承和三轴永久磁铁直流换向转子和力矩器的优点，制成了动态范围大于10^-7的小型双轴陀螺仪，并且说明了设计结果和下一代低成本速率陀螺的性能数据。     

内框驱动式硅微型角振动陀螺仪灵敏度研究

建立了内框驱动式硅微型角振动陀螺仪的运动方程,导出了灵敏度方程,提出了提高陀螺系统灵敏度的简单可行的方法,即：设计制造陀螺仪时,使内外框架固有频率相等,或驱动信号采用二个正弦波之和,二个正弦波的频率应选为框架的固有频率。     

硅微陀螺仪接口位移噪声对检测性能的影响

研究了基于调制解调的硅微陀螺仪检测信号提取原理,推导了开环检测传递函数。根据调制解调的频谱转移特性,提出了有效位移噪声是高斯窄带噪声。推导了开环检测时位移噪声的等效角速度公式,分析表明,要提高噪声性能可以减小噪声功率密度、带宽和增加陀螺仪机械灵敏度。同时还推导了闭环检测时位移噪声的等效角速度公式。通过比较开环检测和闭环检测情况下由接口位移噪声导致的噪声等效角速度表明:闭环检测并不能减少由接口位移噪声导致的平均噪声等效角速度。据此设计实际电路,试验结果表明在100Hz频段内,闭环检测噪声谱密度基本等于开环检测噪声谱密度,验证了理论的正确性。     

一种具有隔振框架的解耦硅微陀螺

提出了一种利用隔振框架解耦的硅微陀螺,其驱动模态和检测模态不仅有各自独立的支撑结构,还有各自独屯的惯性质量块,隔振框架隔离了驱动结构和检测结构,减小了模态之间的交叉耦合;利用TMAH湿法腐蚀结合深反应离子刻蚀工艺,在n型<100>低阻硅片上制作出了微陀螺样片,并为其研制了配套的测控电路;测试结果表明,驱动模态频率为2.981kHz,品质因子为800,检测模态频率为2.813kHz,品质因子为34,刻度因子为38mV/(°/s),线性度优于0.8%,微陀螺在0.5h内的零偏稳定度为0.28°/s.     

一种具有隔振框架的解耦硅微陀螺

提出了一种利用隔振框架解耦的硅微陀螺,其驱动模态和检测模态不仅有各自独立的支撑结构,还有各自独立的惯性质量块,隔振框架隔离了驱动结构和检测结构,减小了模态之间的交叉耦合;利用TMAH湿法腐蚀结合深反应离子刻蚀工艺,在n型〈100〉低阻硅片上制作出了微陀螺样片,并为其研制了配套的测控电路;测试结果表明,驱动模态频率为2.981kHz,品质因子为800,检测模态频率为2.813kHz,品质因子为34,刻度因子为38mV/(°/s),线性度优于0.8%,微陀螺在0.5h内的零偏稳定度为0.28°/s.     

一种高性能的硅微谐振陀螺

基于谐振敏感原理,设计了硅微谐振陀螺,它具有直接的准数字式频率输出、高灵敏度、参数设计灵活等优点,其结构包括质量块、悬臂梁、杠杆放大机构、双端固支音叉(DETF)、激励和检测梳齿.内外质量块结构和杠杆机构特殊设计可以实现结构解耦;质量块外置、杠杆放大结构及双DETF结构可以改善结构灵敏度.模态分析和谐响应通过A.NSYS进行,公式运算和参数优化通过MATLAB实现.从仿真结果可以看出,陀螺的灵敏度值为75 mHz/(deg/s),且实现了自解耦.     

一种新型解耦硅微机械陀螺的设计

提出了一种新型静电驱动微机械陀螺结构,采用两组对称的梳齿结构作为驱动电极,同时采用中央质量块栅格和与驱动电极相同的梳齿两种结构检测感应模态的振动,每种结构设计两组独立的检测电极,分别采用差分方式进行检测,有效提高了陀螺的灵敏度。该陀螺结构的驱动模态和感应模态振动相互解耦,振动特性相似,固有频率、阻尼系数和品质因数等参数接近。采用有限元法分析了该结构的参数和特性,介绍了结构的制作流程。该结构谐振频率高、阻尼系数小,可达到较高的测量分辨率和准确率。     

杠杆耦合式微机械陀螺仪特性分析

基于机械杠杆的位移放大效应,提出了一种具有微杠杆结构的电容检测式微机械陀螺结构,所设计的杠杆放大机构设置在陀螺的检测模态中,通过杠杆将科氏质量块的检测位移放大传递到检测框上,以提升检测位移。建立杠杆结构陀螺的二阶振动微分方程,分析了杠杆结构对微机械陀螺结构静刚度和固有频率的影响,探讨了在不同结构条件下杠杆结构对检测位移的放大效果。通过仿真验证了理论的准确性与可行性,结果表明,在陀螺谐振情况下,可有效增大检测框位移60%以上,提升了检测位移,进而提升检测灵敏度。     

无驱动硅微机械陀螺信号解调的研究

从无驱动硅微机械陀螺的敏感结构原理出发,对它的输出信号特征进行了分析,建立了相应的数学模型,提出使用最小均方差(LMSD)的算法对输出信号进行解调。使用MATLAB的数据处理方法,对仿真转台上得到的波形数据进行数字解调,将得到的结果与实际输入相比较,结果表明采用LMSD算法能够解调出陀螺的俯仰和偏航角速度信号。