硅微陀螺模态频率温度特性的研究

硅微机械陀螺的零位输出受温度影响较大,为提高精度,对其进行温度误差补偿很有必要,而陀螺表头真空封装后内部温度难以直接测量.通过研究模态频率与温度之间的关系,发现驱动轴谐振频率与温度之间存在很好的线性相关性,同时具有很好的温度重复性.由于谐振频率的精度很高,所以用谐振频率测量温度会有很好的分辨率.因此,可以利用驱动模态的谐振频率来标定陀螺表头内部的温度,为下一步的温度补偿提供新的方法.     

振动式微陀螺正交误差自补偿方法

微陀螺正交误差会影响陀螺的零偏稳定性,为了提高微陀螺的性能,必须减小正交误差。针对正交误差处理中存在的问题,推导了包含交叉耦合误差效应的驱动模态和检测模态的动力学方程,研究了交叉耦合误差引起的正交误差表达式,提出了一种正交误差闭环控制自补偿方法。通过将经正交误差幅值调幅控制的驱动位移信号闭环反馈作用到检测模态的输出,实现正交误差的自补偿。制作PCB电路测试了微陀螺的性能。正交误差自补偿后微陀螺零偏输出均值从778 mV减小到了2 mV,零偏稳定性从75°/h提高到了34.5°/h。实验结果表明,此方法是可行的。     

嵌套环式MEMS振动陀螺的静电修调算法

对于工作在n=2模态谐振结构,静电修调是一种消除频率裂解、实现模态匹配的常用方法.基于环形谐振子的刚度扰动模型,提出了一种直观而实用的修调算法.通过巧妙地近似,并将嵌套环结构的内置修调电极等效为两簇簇带负刚度的“径向弹簧”,从而将单环谐振结构的理论模型成功应用于多环嵌套结构.最后通过静电修调实验对该算法进行了验证,实现了带误差谐振子的模态匹配.实验结果表明:通过该算法频率裂解从15 Hz左右被修到0.03 Hz左右.     

面向TGV衬底的玻璃回流的流动建模

在微机电系统(MEMS)圆片级封装工艺中,为了给制作玻璃通孔(TGV)衬底的玻璃回流工艺提供理论指导意见,提出并建立了一个玻璃回流通用模型,研究槽深、槽宽、温度、时间参数对玻璃回流的影响,并推导出在一定槽宽,槽深,温度下的玻璃在微细槽内流动长度随时间的变化关系.建立玻璃在微细槽内的数学流动模型,运用流体力学的知识,结合微细流体的特征,通过一系列理论分析、推导和简化运算,得出玻璃回流长度随时间等参数的理论变化公式.然后进行玻璃回流实验,当玻璃在恒温T0=800℃、槽宽2b =200 μm、槽深L=1000 μm时,观察并记录玻璃在微细槽内流动长度随时间的变化.将理论回流曲线与实验数据点进行对比,结果表明:实验回流曲线与理论回流曲线趋势一致,且数值基本相符.证明了理论模型及其分析过程的正确性.表明理论分析模型对TGV玻璃回流工艺参数可提供一定的理论指导.     

一种避免静电黏附失效的低应力阳极键合技术

基于阳极键合过程中的静电吸合效应,提出了一种可避免静电黏附失效的低应力阳极键合技术.采用湿法腐蚀技术制作了梯形截面的硅梁结构和对应的Pyrex玻璃基底,理论分析了该结构的静电吸合电压并进行了实验验证.采用铝/铬作为玻璃基底的电极层,铬作为中间层,从而阻止阳极键合发生.由于在键合过程中形成的铬氧化物为导体,所以硅与玻璃之间的静电场消失,从而阻止了玻璃中的O2-等负离子向硅移动,避免了静电黏附失效;采用Al作为主要电极层,可以保证电极的电学特性.采用了逐步升压法,首先在200 V低电压条件下进行预键合,使结合面具有一定的连接强度,然后再提升键合电压至400 V进行强化键合,在充分保证键合强度的前提下,静电力作用下的结构变形仅为400 V恒压模式下的1/4,减小了静电力对键合结构产生的影响,有效改善了键合过程中产生的残余应力.     

基于光纤法布里—珀罗腔的振动测量技术研究

针对各类机械工程装备对振动测量的需求,特别是在恶劣环境下的振动测量,构建了基于光纤法布里—珀罗腔的振动测量系统,对其振动测量性能进行了深入研究,包括工作点漂移特性、高频率振动测量和小振动测量性能等进行了评测.实验结果表明:所构建的光纤振动测量系统可以实现高频率、高分辨率、高精度的振动测量,可以较好地满足各种高性能工业振...     

基于双正弦载波调制的微陀螺测控电路研究

利用两路不同频率的高频正弦载波,分别对微陀螺驱动轴向和检测轴向的振动信号进行调制,从频谱上将它们与正弦驱动电压信号分离开来,减小测控电路的耦合噪声。采用相位控制技术和直流自动增益控制技术使微陀螺在驱动模态产生谐振,采用同步解调技术检测微陀螺驱动轴向和检测轴向的振动信号,然后通过二次解调得到输入角速度。对某配有此测控电路的微陀螺进行测试,得到其刻度因子为38 mV／(°).S-l,线性度为0。8%．     

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.     

基于光阱力的新型传感技术

光场具有力学效应,光力效应是指当光子与机械振子发生相互作用时能够改变机械振子动量和角动量的能力。基于光阱力的传感技术是利用光动量以及光角动量与光场中物体相互作用产生的光势阱,通过光阱力实现对微小粒子的动力学操控和运动状态监测的新型传感技术。由于光力传感系统具有衰减时间长、检测灵敏度高、精度高、系统体积小等突出优势,在众多前沿领域中发挥着重要的作用,具有极大的发展潜力,成为近年来交叉学科研究的新热点。首先介绍了光力效应的发展历史和光阱力的基本作用原理;然后分别介绍了光阱力在基础物理、量子物理、超高速旋转、生物技术、惯性传感、极微弱力及力矩测量等领域的典型应用;最后总结了国内研究现状,分析了国内外差距和基于光阱力的传感技术的发展特点,提出了下一步我国发展新型光力传感技术的建议。