微机械陀螺振动特性的等效电学模拟

根据微机械陀螺的动力学方程建立其振动特性的等效电路模型,该模型用电路模拟工具PSPICE实现。利用这个电路模型,可以分析陀螺的振动特性,包括检测振动的瞬态响应和稳态响应,检测振动对输入角速度的频率响应特性,从而可以获得陀螺工作的优化条件;并为传感器与接口电路的整体模拟打下基础。     

微机械音叉陀螺外围电路研究及仿真

介绍一种微机械音叉陀螺外围电路的基本结构及各组成部分的工作原理。针对机械敏感单元设计了陀螺的外围电路，通过系统分析，建立了数学模型，并利用Matlab对整个模型进行行为级仿真，验证所设计电路的可行性。仿真结果为电路的设计、调试提供了有利的分析方法和手段，具有一定指导意义。     

半导体微传感器的模型与模拟

本文以泊松方程和电流连续性方程作为基本方程,并考虑各种物理效应,归纳了几种半导体微传感器的数值模型,提出应用广义Galerkin方法进行微传感器的数值模拟.初步的数值试验表明,广义Galerkin方法可用于微传感器的数值模拟,并具有一定的优越性.     

微机械陀螺的闭环驱动电路的设计与实现

以北京微电子技术研究所自主研发的803微机械陀螺为研究对象,对陀螺的闭环驱动电路进行了分析和设计。闭环驱动电路实现方式主要有自激和锁相环驱动两种方式,对关键的C-V转换电路和AGC电路进行了设计实现。为以后微机械陀螺的驱动电路的研究设计提供依据。     

Si微陀螺结构与接口电路的混合仿真

为了快速有效地验证接口电路的可行性,对Si微陀螺建模方法及陀螺结构与接口电路的混合仿真方法进行了研究。在Si微陀螺动力学特性分析的基础上,利用硬件描述语言建立一种以低阶微分方程描述的Si微陀螺解析模型,该模型利用Si微陀螺运动特性来描述陀螺模态之间的耦合行为。利用该模型实现了陀螺结构与接口电路的快速混合仿真。对Si微陀螺自激控制环路进行分析制作了实验电路板,并对电路仿真结果进行了实验验证,测试结果与仿真结果趋势一致。实验表明,该方法能够快速有效地验证接口电路的可行性,为设计Si微陀螺接口电路提供了依据。     

硅微机械陀螺接口检测技术的研究

研究了微陀螺的电容变化率为１０＾７－１０＾－８时的微弱输出信号的检测技术,这是微机械器件研制中具有普遍性的技术难点。在研究检测微小电容变化量的积分电路的基础上,进一步采用了可抑制低频噪声和漂移的相关双采样技术,以及抑制由开关电荷注入引起的误差的技术。     

基于电流镜的微电容式传感器接口电路研究

在集成微电容式传感器的研究中,由于敏感电容值的变化量非常微小,其接口电路的研究对传感器性能提升是至关重要的。设计了一种基于电流镜原理检测的微电容式传感器接口电路,电路由电容转换电压电路、减法器电路、脉冲电路、缓冲器电路等组成。基于0.18μm CMOS工艺库对电路进行设计仿真,结果表明该电路便于与敏感电容兼容,输出电压与敏感电容成线性关系,其检测精确度高、范围广。     

硅微机械陀螺信号偏置电路设计

针对工程设计及硅微机械陀螺的技术要求,在原有的陀螺输出信号的基础上零位偏置,由双极性陀螺信号变为单极性陀螺信号,并把应用环境中的+12V单电源供电设计成正负双电源供电。根据传递函数,设计了电路,对电路进行了Pspice仿真,仿真结果显示电路设计正确,最后设计了PCB,经测试符合技术要求。     

无驱动结构硅微机械陀螺的信号处理

微机械陀螺因其微型化、低成本等优点,广泛用于微系统的姿态稳定与控制系统.研究了无驱动结构硅微机械陀螺的信号处理技术.通过硬件电路和软件算法及补偿技术,将旋转载体的滚动、俯仰和偏航的三维姿态角速度信号同时提取并输出.该陀螺可用于旋转载体的姿态测量和控制技术领域.     

微机械陀螺仪的新进展及发展趋势

微机械陀螺仪是陀螺技术和微电子机械系统(MEMS)技术结合产生的新一代惯性器件。根据其工作原理和采用材料的不同,微机械陀螺可分为硅基微机械振动陀螺(Si-MVGs)、微机械压电振动陀螺(PVGs)和悬浮转子式微机械陀螺等。该文介绍了微机械陀螺仪的主要参数指标和应用,对硅基微机械振动陀螺(Si-MVGs)、微机械压电振动陀螺(PVGs)和悬浮转子式微机械陀螺的最新研究进展作了综合性报道,讨论了微机械陀螺未来的发展趋势。     

Surface Micromachined Pressure Sensor with Internal Substrate Vacuum Cavity

A surface micromachined piezoresistive pressure sensor with a novel internal substrate vacuum cavity was developed. The proposed internal substrate vacuum cavity is formed by selectively etching the silicon substrate under the sensing diaphragm. For the proposed cavity, a new fabrication process including a cavity side‐wall formation, dry isotropic cavity etching, and cavity vacuum sealing was developed that is fully CMOS‐compatible, low in cost, and reliable. The sensitivity of the fabricated pressure sensors is 2.80 mV/V/bar and 3.46 mV/V/bar for a rectangular and circular diaphragm, respectively, and the linearity is and for these two diaphragms. The temperature coefficient of the resistances of the polysilicon piezoresistor is to per degree of Celsius according to the sensor design. The temperature coefficient of the offset voltage at 1 atm is 0.0019 mV and 0.0051 mV per degree of Celsius for a rectangular and circular diaphragm, respectively. The measurement results demonstrate the feasibility of the proposed pressure sensor as a highly sensitive circuit‐integrated pressure sensor.     

Z轴硅微机械陀螺仪温度特性研究

硅陀螺仪是近年来发展起来的一种新型角速度传感器,温度变化是其主要误差源之一.分析了温度变化对硅微陀螺仪的谐振频率和品质因数的影响,并选择常温下机械品质因数不同的两个陀螺在-40℃～80℃温度范围内进行测试,得出机械品质因数和谐振频率随温度变化规律.实验结果验证了陀螺仪谐振频率随温度升高而线形下降;温度变化时,封装陀螺仪抽真空度对陀螺机械品质因数产生明显影响.     

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。     

微机械气流式全方位姿态传感器的敏感机理

采用有限元法,解释了微机械气流式全方位水平姿态传感器的敏感机理.通过建立敏感元件的三维模型,计算了敏感元件内气流速度在不同倾斜状态下的分布.结果表明,热源周围两两相对的热敏电阻处的气流速度之差随着倾斜角度的变化而改变;随着倾斜角度的增加,两热敏电阻处的气流速度之差加大,流过两热敏电阻的电流之差加大,电桥失去平衡,输出一个与倾斜角度相对应的电压.有限元计算方法为该传感器的优化设计开辟了有效的研究途径.     

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。     

Improved Design and Modeling of Micromachined Tuning Fork Gyroscope Characterized by High Quality Factor

This paper proposes an improved design of micromachined tuning fork gyroscope （M-TFG） to decouple the cross talk between driving and sensing directions better and to increase resolution. By employing dual-folds spring suspension, the drive mode and the sense mode are mechanically decoupled. Through careful layout design of the location of the dual-folds spring suspension and the drive combs, the mechanical coupling effect is further decreased by isolating the unwanted excitation from detection. The quality factor investigation demonstrates that high quality factor can be attained by using this structure, which can bring in accurate resolution. As a result, this design has the potential to accomplish low bias drift and accurate resolution for initial level applications.     

微机械全方位水平姿态传感器的研究

提出了一种能敏感全方位水平姿态的微机械传感器.采用微机械工艺制作的正八边形敏感元件敏感全方位水平姿态;通过前置信号电路和数字电路构成信号处理电路,实现倾角电压信号的提取,全方位信号合成和全方位倾角信号的灵敏度补偿.测试结果表明,分辨率优于0.1°,方位角测量范围可达360°,倾斜角度测量范围可达到20°.该传感器不仅体积小,且结构紧凑,工艺简单,敏感元件输出一致性好,适于批量生产.     

磁悬浮转子微陀螺的微细加工工艺研究

介绍了磁悬浮转子微陀螺的工作原理及有关的微细加工工艺。磁悬浮转子微陀螺的平面线圈是采用光刻、电镀及溅射等微细加工方法来实现的,微转子的加工有冲压、蒸铝沉积等方法,其中冲压能得到质量较好的微转子;上壳体采用体硅腐蚀来制作。初步的实验表明该方案是行之有效的。