硅微陀螺仪零偏稳定性的优化

为了进一步提高硅微陀螺仪的零偏稳定性,使其满足更高精度应用场合的需求,研究了硅微陀螺仪零偏稳定性优化技术。以典型Z轴硅微陀螺仪为例,对影响其零偏稳定性的主要因素：机械耦合误差、电路耦合误差、机械热噪声、接口电路噪声进行了完整分析,并从抑制零偏温度漂移及输出噪声两个角度提出了改善硅微陀螺仪零偏稳定性的设计原则。基于上述原则,优化设计了硅微陀螺仪的机械结构及接口电路。最后对所设计的硅微陀螺仪进行了零偏稳定性测试,以验证所提出优化设计原则的有效性。实验结果表明,4个测试组的硅微陀螺仪零偏输出均无明显漂移,且零偏稳定性在6（°）/h左右,达到了中等战术级水平。     

高真空环境下硅微机械陀螺品质因数的温度特性

分析了温度在高真空环境下对硅微机械陀螺品质因数的影响机理。阐述了热弹性阻尼的复频率模型和硅材料的温度特性,建立了品质因数温度特性理论模型,并对理论模型进行了仿真验证和实验验证。理论计算得到常温下品质因数的温度系数为-9.76×10-3/℃。利用ANSYS对品质因数的温度系数进行仿真分析,得到常温下品质因数温度系数的仿真值为-9.96×10-3/℃。对硅微机械陀螺进行品质因数温度实验,得到常温下品质因数的温度系数为-9.02×10-3/℃,与理论计算结果相差8.20%。实验结果表明:高真空环境下建立陀螺品质因数温度特性的理论模型可为陀螺的温度误差补偿提供理论依据,为陀螺的优化设计提供实际指导。     

硅微陀螺仪高精度数字化相敏解调ASIC

为了抑制相敏解调引入的闪频(1/f)噪声,实现硅微陀螺仪的高精度片上数字化输出,设计了一种基于sigma-delta模数转换器的相敏解调ASIC。首先,提出了一种量化硅微陀螺仪驱动及检测载波信号的低闪频噪声数字化方案,建立了sigma-delta模数转换器的系统级分析模型,并利用Simulink完成了基于谐振器级联前馈(CRFF)结构的三阶sigmadelta模数转换器系统级设计。其次,研究了sigma-delta模数转换器的电路级实现方法,在Cadence IC平台上完成了包括低噪声开关电容积分器、加法器及1bit高速量化器等模块的晶体管级电路设计与验证,并采用AMS 0.35μm工艺进行了流片。实验表明:该sigma-delta模数转换器具有三阶噪声整形功能,在硅微陀螺仪的工作频率处(6.4kHz)量化噪声小于200nV/Hz1/2,等效精度位数为12。硅微陀螺仪数字化输出角度随机游走0.012(°)/h1/2,Allan方差零偏不稳定性为0.34(°)/h,零偏稳定性(1σ)为0.94(°)/h,满足高精度硅微陀螺仪的数字化精度需求,并提高了整表集成度。     

硅微陀螺仪器件级真空封装

为实现硅微陀螺仪真空封装以提高其性能,对硅微陀螺仪器件级真空封装技术进行研究.首先,设计硅微陀螺仪的专用陶瓷封装管壳,并采用钎焊技术进行封帽,采用金锑合金为焊料以满足封装过程中的高温.分析除气工艺对硅微陀螺仪品质因数的影响,除气试验结果表明,将硅微陀螺仪芯片和封装壳体放置在真空炉中进行高温烘烤,能有效地提高硅微陀螺仪的品质因数.制定硅微陀螺仪器件级真空封装的工艺流程,封装好的硅微陀螺仪的品质因数约为10 363.7,约为空气下的50倍.硅微陀螺仪品质因数跟踪测试结果表明,真空封装的硅微陀螺仪存储5个月后,其品质因数降低为最初的55.1%,这表明采用该器件级真空封装技术封装的硅微陀螺仪的真空保持度较差,有待进一步研究.     

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.     

硅微陀螺仪的误差分析

以z轴硅微陀螺仪为研究对象,对加工误差产生的误差信号进行了分析.由于加工误差,使得陀螺仪结构不对称,主要表现为支承梁不对称、梳齿间距不等,产生了不等弹性、阻尼不对称以及力不平衡这三种现象.以动力学方程为基础,分析了不等弹性和阻尼不对称产生的误差信号;以静电理论为基础,分析了驱动梳齿和敏感梳齿间距不等时产生的误差信号.分析结果表明,这些误差信号包含了正交耦合误差和与有用信号同相位的误差信号.最后,介绍了一种减小正交误差的方法,并进行了仿真.     

一种具有广泛适应性的微机械加工方法研究

研究了一种具有广泛适应性的微机械制造方法,该方法可用于制备各种不同的器件,包括硅微陀螺仪、加速度计、剪切应力传感器以及光开关等.利用该方法,制备了硅微陀螺仪,并给出了所制备的硅微陀螺仪的性能测试结果,同时分析了利用该制备方法制备各种不同器件时,工艺流程对器件性能的影响,重点讨论了硅-玻璃阳极键合、减薄工艺以及深刻蚀所形成的侧壁质量,包括侧壁垂直度、侧壁杂质等因素对器件性能的影响.     

油田生产中地理信息系统的应用

油田的勘探开发和地面建设的规划设计工作,以及日常生产运行和管理,需要将相关的地面工程的数据以准确的空间分布形式,在系统中以图形方式展示,如井位图、管网图等。在规划时,根据批量坐标数据,进行点、线特征的自动成图。同时,利用地理信息系统的拓扑分析功能,为油气集输、注水系统等地面工程规划提供相应的决策支持。