加工应力对双线振动式陀螺仪谐振频率的影响

分析了双线振动式陀螺仪在驱动模态和检测模态的振动方程及刚度 ,提出用方波梁代替直梁以减小加工应力对陀螺仪谐振频率的影响。并用ANSYS分析软件对驱动谐振频率进行仿真 ,验证了新结构可以减小应力的影响     

加工应力对双线振动式陀螺仪谐振频率的影响

分析了双线振动式陀螺仪在驱动模态和检测模态的振动方程及刚度，提出用方波梁代替直梁以减小加工应力对陀螺仪谐振频率的影响。并用ANSYS分析软件对驱动谐振频率进行仿真，验证了新结构可以减小应力的影响。     

微机械轮式陀螺仪的结构分析

以轮式陀螺仪为研究对象,利用有限元方法分析了主要结构尺寸对其固有频率的影响.根据驱动模态和敏感模态的频率匹配,优化了陀螺的结构尺寸;通过谐响应分析确定了频率和振幅的关系,为结构设计和制备工艺提供了理论指导.     

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.     

结构解耦四质量块微陀螺仪的设计与制备

提出了一种新型的结构解耦四质量块陀螺仪的结构设计以及制备方法。采用梳齿电极的设计和推挽法消除了静电驱动力的二倍频分量,并对折叠梁结构进行仿真分析和优化,有效地实现了对驱动和检测模态的结构解耦。针对陀螺仪的结构,设计了可行的工艺方案并进行实际加工,采用SOI和阳极键合工艺,最终制作出四质量块陀螺仪样品。仿真得到驱动和检测模态的谐振频率差为7Hz,表明其结构的高度对称性。谐响应分析下陀螺仪最大位移为1 290nm,驱动框架最大位移差为60.75nm,检测框架最大位移为305.24nm,取得了理想的解耦效果。     

强磁场对石英谐振器的影响

基于磁-弹性耦合理论以及预应力模态分析理论,结合实验方法解释石英晶体谐振器在强磁场影响下频率变化的原因.结果表明,石英晶体谐振器的磁性支架在受到磁场的影响产生相应的应力沿石英晶片的边缘作用于石英晶体导致其谐振频率发生变化.该结果对如何减小磁场对石英晶体谐振器的影响有一定的参考价值.     

高阶谐振模态的超高质量分辨硅微悬臂梁压阻传感器

开发了一种在空气中具有几十飞克质量分辨率的谐振式微机械悬臂梁生化质量检测传感器.在悬臂梁上面实现了使用惠斯通压阻电桥检测和洛伦兹力线圈驱动集成结构.与通常的一阶模态谐振传感器不同,为了显著提高传感器特异性反应吸附质量以实现分子水平的检测分辨率,提出了一种二阶弯曲谐振模态优化驱动的方法.在悬臂梁上集成了一种回形针状的驱动电流回路,实现了与第二模态悬臂梁运动两个相反运动峰值相吻合的两处同时反方向驱动.研究中采用硅微机械技术实现了集成谐振悬臂梁的制作,并研制出了高性能的谐振传感器闭环接口电路.在空气中进行谐振实验,与传统一阶模态传感器相比,采用该优化驱动的二阶模态,谐振品质因数从195提高到857,谐振频率从49.156提高到298.132kHz,采用Allen方差的方法对谐振频率噪声进行分析,表明该优化驱动的二阶模态传感器将传统的一阶模态传感器质量分辨率从0.17改善到0.029pg,达到了4个痘病毒的质量分辨水平.     

高阶谐振模态的超高质量分辨硅微悬臂梁压阻传感器

开发了一种在空气中具有几十飞克质量分辨率的谐振式微机械悬臂梁生化质量检测传感器.在悬臂梁上面实现了使用惠斯通压阻电桥检测和洛伦兹力线圈驱动集成结构.与通常的一阶模态谐振传感器不同,为了显著提高传感器特异性反应吸附质量以实现分子水平的检测分辨率,提出了一种二阶弯曲谐振模态优化驱动的方法.在悬臂梁上集成了一种回形针状的驱动电流回路,实现了与第二模态悬臂梁运动两个相反运动峰值相吻合的两处同时反方向驱动.研究中采用硅微机械技术实现了集成谐振悬臂梁的制作,并研制出了高性能的谐振传感器闭环接口电路.在空气中进行谐振实验,与传统一阶模态传感器相比,采用该优化驱动的二阶模态,谐振品质因数从195提高到857,谐振频率从49.156提高到298.132kHz,采用Allen方差的方法对谐振频率噪声进行分析,表明该优化驱动的二阶模态传感器将传统的一阶模态传感器质量分辨率从0.17改善到0.029pg,达到了4个痘病毒的质量分辨水平.     

微机械轮式陀螺仪的结构分析

以轮式陀螺仪为研究对象,利用有限元方法分析了主要结构尺寸对其固有频率的影响。根据驱动模态和敏感模态的频率匹配,优化了陀螺的结构尺寸;通过谐响应分析确定了频率和振幅的关系,为结构设计和制备工艺提供了理论指导。     

微机械轮式陀螺仪的结构分析

以轮式陀螺仪为研究对象，利用有限元方法分析了主要结构尺寸对其固有频率的影响。根据驱动模态和敏感模态的频率匹配，优化了陀螺的结构尺寸；通过谐响应分析确定了频率和振幅的关系，为结构设计和制备工艺提供了理论指导。     

MEMS陀螺仪零偏温度特性分析及性能优化北大核心

零偏温度漂移是MEMS陀螺仪主要误差源之一,对MEMS陀螺仪零偏温度漂移误差源进行了分析。检测电路中延时相位的漂移是引起MEMS陀螺仪零偏温度漂移的主要原因。自时钟技术基于锁相环原理,将MEMS陀螺仪的驱动频率作为锁相环参考频率。陀螺仪检测电路的系统时钟频率跟随MEMS陀螺仪驱动频率而变化,两者始终保持固定的比例关系,最大限度地消除了延时相位变化。使用自时钟技术,将MEMS陀螺仪零偏温度漂移减小为原来的2%。     

基于反对称模态驱动的MEMS加速度计灵敏度优化方法

为了便于驱动谐振梁的反对称模态，提高加速度检测灵敏度，该文提出了一种分布式的电极驱动方式，利用分布式电极更易驱动谐振梁的反对称模态并检测信号。设计了弹性梁质量块系统，用作感知外部加速度的敏感质量，并将谐振梁作为测量加速度的敏感元件。建立了谐振梁前两阶动力学方程。实验测量了不同加速度下谐振梁一阶、二阶的频率变化。实验表明，二阶模态检测正向灵敏度比一阶模态检测正向灵敏度提高了49%,负向灵敏度提高了89%,且二阶模态品质因数是一阶模态品质因数的3.19倍。最后分析了偏置直流电压对灵敏度的影响：随着电压提高，正向加速度检测灵敏度提高，负向加速度检测灵敏度降低。     

一种解耦硅MEMS陀螺结构优化及性能仿真

以高机械灵敏度为设计目标,对一种解耦硅MEMS陀螺进行了结构优化,并利用有限元分析软件ANSYS对该MEMS陀螺进行了模态、应力、位移、抗过载及谐响应仿真分析,确定并验证了高灵敏度MEMS陀螺的结构优化原则。优化后的硅MEMS陀螺驱动和检测模态谐振频率分别为3700与3718Hz,机械灵敏度可达0.95nm/(°/s),能够承受500g的冲击载荷,并且能够实现驱动模态和检测模态解耦。     

超声行波微流体驱动圆环模型分析

介绍了超声行波微流体驱动的圆环模型,借助边界层理论阐述了两种主要的驱动机理:声流驱动和声辐射压驱动.基于有限元分析,讨论了模型固有频率与模型结构参数间的关系.通过谐响应分析,在谐振频率处成功激励出所需的模态,得到幅频响应特性,并与模态分析下的模态幅值进行比较分析,得到其幅值变化趋势.对声固耦合模型进行模态分析和谐响应分析,比较结构模型与耦合模型频率的差别,并对声压和幅值进行了比较分析,为模型的进一步优化设计提供指导.     

1-3-2压电复合材料机电理论分析和频率仿真

该文研究了1-3-2压电复合材料的厚度振动谐振频率与尺寸的关系。应用压电学和弹性动力学理论建立了机电等效图,对1-3-2压电复合材料的厚度振动模态进行了机电理论分析,并对其谐振频率进行了计算。利用有限元仿真软件分析了在厚度振动模态下,1-3-2压电复合材料谐振频率、反谐振频率与尺寸变化的关系。结果表明,纵向尺寸比变大时,频率曲线呈下降趋势;横向尺寸比变大时,频率曲线呈上升趋势;横纵尺寸比变大时,频率曲线呈缓慢下降趋势;基底厚度变大时,频率曲线呈先减小后增大趋势。4种情况中,纵向尺寸比对于整体的谐振和反谐振频率影响最显著。     

高性能音叉结构MEMS陀螺的抗冲击设计

MEMS音叉陀螺存在很多振动模态,分析发现,其在驱动方向上受到冲击时的振动形式与工作在驱动模态的振动形式是不同的。通过改进悬挂梁的尺寸结构,提高了冲击振动模态谐振频率以增强陀螺的抗冲击性,同时保持驱动模态谐振频率不超过20 kHz,保证了陀螺的性能。采用SOG工艺制备了所设计的MEMS音叉陀螺,经过测试,该陀螺驱动模态的品质因数为5 734,检测模态的品质因数超过了430 000,具备实现高精度角速度检测的能力。在重锤上对制备的陀螺进行了抗冲击测试,测试表明该陀螺在驱动方向上的抗冲击性能达到了23 000 g,能够满足惯性导航对器件的苛刻要求。     

大功率ESP高频高压电源

针对静电除尘用工频电源存在缺陷,设计了一种静电除尘用高频开关电源,分析了各开关模态,采用基波近似法对LCC谐振变换器进行了分析,并用saber软件进行了仿真验证.仿真结果表明,控制频率与输出电压之间的关系具有非线性特点,越接近谐振频率,这种非线性越明显;电路开始谐振的阶段,谐振电路有明显的电流冲击,这可能会对主回路中的器件特别是IGBT产生较大电流应力.     

L梁微梳齿谐振器的有限元分析与工艺设计

建立了L梁微机械梳齿谐振器的仿真模型,利用ANSYS有限元仿真软件对其进行模态和谐响应仿真分析。通过模态分析,得到谐振频率等重要性能参数以及不同L梁结构参数对它们的影响:谐振频率随着L长梁梁长的增加而减小;随着L长梁梁宽,L短梁梁长、梁宽的增加而增加。并在谐响应仿真分析中得到微机械谐振器的幅频响应特性,设计了谐振器的工艺流程和相应的掩膜版图。     

巨磁致伸缩快速转向反射镜及其谐振频率

快速转向反射镜(FSM)广泛应用于激光束稳定系统、空间光通信系统等领域。采用巨磁致伸缩驱动器(GMA)作为FSM的驱动元件,并对其预压和传动机构进行了一体化优化,设计了一种新型的膜片式柔性上端盖作为预压力施加装置,使其结构更加紧凑的同时增强了位移径向约束;FSM采用四驱动器双驱动轴结构,应用柔性轴方案,对其整体结构进行了优化设计以提高系统谐振频率。建立了FSM有限元模型,对其进行模态分析得到了系统一阶谐振频率及模态振型。对所研制的FSM进行了性能测试,结果表明:系统镜面转角达到±3′,一阶机械谐振频率达到450 Hz,模态分析数值与实验值的误差小于10%。     

四分压电陶瓷管的动力学研究

建立四分压电陶瓷管的动力学方程，研究了四分压电陶瓷管在伸长和弯曲时的边界条件。用有限元分析软件ANSYS对四分压电陶瓷管进行模态分析，得出该陶瓷管的前12阶谐振频率和模态振型。进行了瞬态动力学分析，分别用锯齿波和阶跃波驱动压电陶瓷管并得出压电陶瓷管的位移曲线和振子应力图，验证了所建方程的正确性。