斜装液浮陀螺一次项漂移系数系统级分离算法

在免拆卸条件下,为实现实时监测倾斜安装在惯性测量单元(IMU,inertial measurement unit)中的液浮陀螺一次项漂移系数DI、Ds,提出一种利用惯性测量单元标定参数解算液浮陀螺一次项漂移系数的系统级分离算法.通过对液浮陀螺结构和斜装原理的分析,给出了液浮陀螺单表和系统的误差模型,并基于误差模型和已经获取的斜装IMU的误差参数,设计了液浮陀螺一次项漂移系数的系统级分离算法,该算法不需要设计复杂的倾斜标定工装,同时免去了液浮陀螺从惯性测量单元上拆卸的麻烦,减少了误差积累,参数的分离精度高、残差小,与单表一次项漂移系数分离结果的极差优于1.301×10-3(°)·(h·g0)-1,完全满足工程应用中高精度惯性测量单元对液浮陀螺一次项漂移系数的分离精度要求.     

夹心结构FeNi/Cu／FeNi多层膜巨磁阻抗效应的研究

采用MEMS技术在玻璃基片上制备了夹心结构FeNi/Cu/FeNi多层膜,在100KHz-40MHz范围内研究了FeNi/Cu/FeNi多层膜中的巨磁阻抗效应特性。当磁场Hext施加在薄膜的长方向时,巨磁阻抗效应随磁场的增加而增加,在某一磁场下达到最大值,然后随磁场的增加而下降到负的巨磁阻抗效应。在频率为5MHz时,巨磁阻抗效应在磁场Hext=800A/m时达到最大值25．2％;在磁场Hext=9600A／m时,巨磁阻抗效应为-7．3％。巨磁阻抗效应的最大值及负的巨磁阻抗效应与多层膜中磁各向异性轴的取向及发散有关。另外,当磁场施加在薄膜的短方向时,薄膜表现出负的巨磁阻抗效应,在频率5MHz、磁场Hext=9600A/m时,巨磁阻抗效应可达-19．3％。     

MEMS陀螺随机误差补偿在提高姿态参照系统精度中的应用

为提高航姿系统姿态角测量精度,论文对MEMS陀螺随机误差的测试和补偿进行了研究。运用Allan方差方法分析了MEMS陀螺各项随机误差的特性,建立了针对MEMS陀螺的随机误差补偿模型。采用Allan方差辨识算法完成对各项随机误差的分离,获取速率随机游走(RRW)和角度随机游走(ARW)噪声方差值。通过设计的卡尔曼滤波器对MEMS陀螺随机误差进行实时估计补偿,利用姿态解算算法得到随机误差补偿前和补偿后各3个方向的姿态角。实验结果表明经误差补偿后系统的静态偏航角测量精度提高了3倍、横滚角提高了4倍、俯仰角提高了12倍。     

微引信保险机构设计与仿真

为了适应小口径弹药对引信微型化的要求,提出了一种新型的微引信保险机构.该机构具有发射保险和限位保险双重保险功能,发射保险利用弹丸发射时高过载引起的变形位移实现解脱,限位保险利用微结构侧壁间的微摩擦控制安全解除保险的时间.对微引信保险机构进行了有限元分析,得到了满足高过载条件的尺寸参数,建立了保险机构的动力学方程,对发射时解脱双重保险的可靠性进行了仿真验证.结果表明,该机构对于实现小口径弹丸引信的安全性和可靠性是可行的.     

基于MEMS加速度传感器的位移检测系统

为了实现对物体运动位移的检测,设计了一种以国产高精度MEMS电容式加速度传感器MSCA3002为核心,24位高精度A/D转换器ADS1255,高性能ARM处理器LM3S2B93为主控制器的位移检测系统,并详细给出该系统的硬件电路及其软件算法设计。系统将传感器检测到的物体运动的加速度,经过积分算法转换为物体运动位移。实验结果表明：系统采样精度高、速度快、误差小,A/D转换器对加速度信号的检测精度能达到0.4%,积分后对位移的测量精度能控制在3%左右,很好地实现了对运动位移的检测。     

一种电热式MEMS微镜多自由度模型解析方法

结合微镜驱动器结构,通过引入热导和弹簧刚体模型分析了多驱动器间热传导和相互作用力导致的形变原因,并建立了多自由度微镜的数学模型.仿真与实验数据对比说明：建立的模型与实验结果具有较好的一致性,能够预测4个驱动器的输入响应特性.     

基于∑-△M的五阶MFLR数字微加速度计闭环控制系统

为了进一步抑制加速度计信号带宽范围内的噪声,提出并设计了一种基于∑-△M的五阶多反馈谐振式（MFLR）微机械加速度计闭环控制系统,该系统通过增加额外的内部负反馈对量化噪声进行再一次整形.微机械加速度计结构为一种全差分式结构,在结构层厚度为60 μm、基底层厚度为400μm的SOI硅片上,经过光刻、溅射、深度反应离子刻蚀等工艺步骤加工而成.整个闭环控制系统的Matlab/Simulink模型首先被建立,然后采用“单位圆分析法”进行系统参数的设定,系统仿真显示：当输入幅值1gn、频率128Hz的加速度信号时,加速度计的噪声为-136.2 dB,与传统五阶MF结构的∑-△M闭环控制系统相比,在0 ～500 Hz信号带宽范围内的噪声降低了7.9dB.最后整个系统在四层PCB电路板上进行了功能性验证和测试.     

用于空间手势输入的无陀螺微惯性测量单元设计

针对三维空间手势输入的特点,提出了一种基于双路三轴MEMS加速度计的对称配置方案及角速度、线加速度解算方法。该方法使用两个三轴MEMS加速度计以及对称的硬件布局构成无陀螺微惯性测量单元,基于积分法计算测量单元的角速度和质心处线加速度,利用角速度解析式中的冗余信息对解算积累误差进行估计并实施误差补偿。该方案避免使用陀螺组件,两路加速度计在长轴方向上的对称编排方式保证了测量单元的小体积、狭长几何特征,便于手持;相应的角速度解算方法形式简单,适用于采样时长短、测量单元横滚角变化量小的三维空间手势特征提取和识别领域。仿真实验证明了该方案的可行性和有效性。     

Linearity analysis of closed-loop capacitive accelerometer due to distance mismatch between plates and the influence of compensation capacitor array

This paper presents mathematical formulae showing that the distance mismatch for an uncentered proof mass in an accelerator sensor does not influence the linearity of the closed-loop accelerometer as a whole.This asymmetry in sensors only introduces an output voltage offset in the readout integrated circuit.Numerical simulation using Matlab/Simulink confirms the mathematical conclusion.The linear response after compensation with a conventional capacitor array is also simulated and analyzed.Results show that there is a loss in linearity.Similar results hold not only for the continuous-time architecture,but also for a time-divided architecture.A readout integrated circuit with a time-divided architecture is designed and fabricated using a 0.35μm HV CMOS process.An accelerometer composed of a microelectromechanical system sensor with severe built-in distance mismatch and the designed readout integrated circuit is tested.Test results show that the nonlinearity of such accelerometer is within 0.3%.     

基于硅硅低温直接键合的MEMS打印喷头制作工艺

针对一种MEMS压电式集成打印喷头复杂腔室结构的加工，提出了一套基于ICP刻蚀结合硅硅低温直接键合的制作工艺。首先通过ICP体硅干法刻蚀工艺分别制作了打印喷头的上下腔室结构，然后将带有上下腔室结构的两硅片进行低温直接键合，形成完整的打印喷头腔室。通过对打印喷头上下腔室结构的键合实验研究，进一步探索并验证了硅硅低温直接键合的机理，重点研究了不同活化方法和退火时间对复杂腔室结构键合质量的影响，优化了低温直接键合工艺，为带有复杂三维结构的MEMS器件的制作奠定了工艺基础。测试结果表明，制作完成的MEMS打印喷头具有较高的键合强度，且其腔室流道的完整性和密封性良好。