硅微陀螺仪高频载波电路的设计及发展态势

在陀螺仪外部处理电路中,在现有芯片水平的基础上,设计了一种针对硅微陀螺仪的载波产生电路方案,极大地改善了硅微陀螺仪常规下载波的稳定性和启动速度。高频载波的调制与解调具有比较重要的地位,高频载波产生信号的稳定性与启动速度直接影响整个陀螺仪系统的相关性能。在给出设计的原理框图后,对设计方案进行了电路连接并测试,实验结果验证了该设计方案的有效性。硅微陀螺仪的专利及论文摘要,可助了解行业态势及推动本研究的应用。     

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.     

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。     

硅微机械陀螺信号非线性补偿算法及实现

提出了一种适合无驱动结构硅微机械陀螺信号线性补偿的新算法,通过补偿理论分析、软件程序编写和调试、硬件电路的构建与实现、实际测试的陀螺仪输出信号和实现补偿后陀螺仪输出信号的对比,论证了该非线性补偿算法的可行性.由实验结果证明了该算法的补偿误差较小,精确性很高;同时可消除由载体自转引起的陀螺信号的误差,从而完善了硅微机械陀螺信号处理系统,使陀螺实用化.     

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     

Intersil推出业界首个低电压、高精度数字控制电位器

ST推出新系列单轴和多轴MEMS（微机电系统）陀螺仪。意法半导体的陀螺仪以经过市场验证的微加工技术为支撑,利用硅的独特机械特性,在半导体芯片内制造可以测量运动的特殊结构,提供优异的角运动检测性能和可靠性,目标应用包括人机界面、个人便携导航仪、车载导航系统、数码相机和摄像机的图像稳定功能。在备受市场青睐的人机界面中,陀螺仪可完善加速度传感器的功能,     

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。     

基于微多环谐振陀螺仪的馈通效应研究

由SOI片制备的微多环谐振陀螺仪在测试过程中,不可避免地会引入馈通信号,而目前常用的差分检测馈通取消方式高度依赖微陀螺仪和检测电路的对称性,不能有效地消除馈通信号。针对此问题,提出了一种基于反相信号的馈通取消方案,通过在驱动和检测电极之间施加与馈通信号反相的信号,从而抵消馈通效应带来的干扰,该方法理论上可以在不降低驱动力的情况下将馈通信号完全取消。实验结果表明,该方法能有效消除馈通信号对电容检测的影响,谐振峰高度可提高约25倍。     

基于光纤陀螺与经验模态分解的航天器微小角振动检测技术

航天器在轨运行过程中,由于内部多种活动部件的存在,会使其结构体产生振幅较小、频率较高的微小角振动,这会影响航天器有效载荷的正常工作。光纤陀螺作为航天器的姿态测量部件,在设计原理上具有高带宽的特点,针对航天器微小角振动的特点,提出采用光纤陀螺测量该振动信息,同时提出采用经验模态分解的方法将光纤陀螺输出信号分解成各个时间尺度上的本征模态函数,再经过Hilbert谱分析方法检测出微小角振动信息。通过星载测试试验对该方法进行了有效性验证,结果表明:采用经验模态分解技术能够实现航天器微小角振动信号的检测,为航天器微小角振动的高精度测量提供了新手段和新方法。     

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。     

MEMS流体陀螺的研究进展

随着微机电技术（MEMS）的快速发展,惯性器件微陀螺得到了广泛的发展和应用,其中微流体陀螺具有体积小、重量轻、成本低和抗高冲击等独特优点。根据陀螺原理的不同介绍了几种微流体陀螺,包括气体对流微陀螺、射流微陀螺、ECF流体微陀螺和超流体陀螺,气体对流陀螺和射流微陀螺属于常用的典型流体陀螺,而ECF流体陀螺和超流体陀螺属于新型的流体陀螺,分别分析了它们的原理和应用情况,并对它们的应用前景进行了展望,微流体陀螺将在惯性导航和自动控制等方面发挥越来越重要的作用。     

一种新型的角速率传感器--声表面波陀螺

声表面波(SAW)器件具有无源、无线、微型、抗冲击力强，灵敏度高等优点。用它制作角速率传感器——SAW陀螺已成为研究热点。概述了SAW陀螺的应用及发展；着重分析了SAW陀螺两种结构模式的工作原理；指出SAW陀螺设计的关键是如何得到合适的参考振动速度，而使其省掉悬浮振动机构成为简单的单平面结构；提出了亟待研究解决的几个问题。     

旋转式硅微机械陀螺的研究

分析了旋转式硅微机械陀螺的工作原理,建立了该陀螺的数学模型,设计了其敏感结构,计算了陀螺振动元件三个轴向的转动惯量、弹性支撑梁扭转刚度、振动元件角振动阻尼系数等动力学参数,计算分析了陀螺的电容敏感特性。对制作的陀螺进行性能测试的结果表明,该陀螺利用旋转载体自身的旋转角速度作为驱动,从而说明敏感载体的俯仰(或横滚)角速度原理正确,并且理论和试验都说明,当载体自旋角速度不同时,陀螺输出信号的比例系数也不同。     

用于旋转弹体态测量的硅微机械陀螺理论和实验研究

报道了无驱动结构的硅微机械陀螺,该陀螺用于测量旋转弹圆锥运动时的姿态角和姿态角速率.陀螺的结构决定了其可同时敏感旋转弹在滚动、偏航和俯仰3个方向上的角速度.分析了陀螺的敏感机理并提出了陀螺信号的解算方法.通过模拟圆锥运动的实验,证明了陀螺敏感机理和解调方法的正确性.最后给出了主要性能指标.     

超高宽深比结构氮化硅波导的研究

超高宽深比结构氮化硅波导具有低损耗和高偏振消光比的优异性能,是抑制集成光学陀螺中偏振噪声的可行性方案.文章基于FEM和FDTD方法对氮化硅波导的模场分布、弯曲损耗及光纤插入损耗进行了仿真分析,通过对波导截面结构的设计优化,并采用LPCVD和RIE微纳工艺在石英基底上成功制备了宽深比高达100的单模氮化硅波导.表征及通光测试验证了工艺可行性,对一长为12 mm的氮化硅直波导测试得偏振消光比达3 dB.研究结果对超高宽深比氮化硅波导在集成光学陀螺及相关偏振器件中的应用研究具有一定意义.     

基于阳极键合的硅微圆盘多环谐振陀螺的设计与制作

提出了一种新型的基于阳极键合的硅微圆盘多环谐振陀螺的结构设计及其制作方法.该种陀螺采用MEMS工艺制作而成,基底材料为肖特BF33玻璃,电极和谐振器均由单晶硅片加工而成,肖特BF33玻璃与单晶硅片通过阳极键合工艺键合在一起.介绍了该种陀螺的基本结构、工作原理,并进行了仿真分析,得出该种陀螺具有较小的频率分裂,表现出陀螺效应.最后,通过MEMS工艺进行了实际加工,得到了该种陀螺的实验样品.     

旋转载体驱动硅微机械陀螺的设计和性能检测

提出了一种利用旋转载体自身角速度驱动的硅微机械陀螺,分析了该陀螺的工作原理,建立了这种陀螺的数学模型,设计了该陀螺的敏感结构,计算了陀螺的结构动力学参数,设计并分析了陀螺的信号检测与处理电路并针对该陀螺的特点设计了性能测试装置。理论研究和性能测试表明,利用旋转载体自身角速度驱动的硅微机械陀螺结构原理正确。     

新颖角振动微硅陀螺的设计

在分析原有双框架式角振动微硅陀螺的基础上,提出了一种新颖的微硅陀螺,给出了工作原理、运动方程及设计尺寸,并分析了新颖陀螺提高灵敏度的途径。     

陀螺仪对激光导引头跟踪精度影响研究及改进

根据陀螺激光导引头有源欺骗式干扰试验效果,分析了陀螺仪系统振动对导引头跟踪精度的影响,并对产生机械振动的原因进行了深入研究。提出了陀螺仪系统减振控制设计方案,通过试验验证了该方案的有效性,从而提高了导引头的跟踪精度。