硅微陀螺机械热噪声研究

振动式硅微陀螺仪要在各种噪声干扰下,检测出极其微弱的有用信号.随着硅微陀螺性能的不断提高,机械热噪声对微陀螺的影响愈加显著,决定了振动式硅微陀螺的极限分辨率.本文给出了机械热噪声的产生机理,推导得出机械热噪声等效角速率表达式.分析表明,提高微陀螺的品质因数、增大质量和谐振频率可减小机械热噪声.     

硅微机械陀螺自激驱动数字化技术

为了进一步增强硅微机械陀螺仪驱动模态的控制精度与稳定性,提出了一种基于自激振荡原理,以现场可编程门阵列(FPGA)为主要数字信号处理平台的驱动电路.以陀螺仪驱动模态特性为出发点,分析了自激振荡原理对驱动电路的要求.分析并建立了驱动相位控制与驱动幅度控制模型,实现了频率测量-补偿算法控制驱动环路相位,PID控制算法控制环...     

一种基于滑膜阻尼效应的新型微机械陀螺

介绍了一种基于滑膜阻尼效应的新型音叉式微机械陀螺。该陀螺包括两个驱动质量块和由各自驱动质量块支撑的检测质量块，通过检测质量块上的栅形电极与玻璃衬底上的固定检测电极之间的电容变化实现角速度信号的检测。对陀螺进行了结构设计和分析。在陀螺芯片的制作过程中，解决了深反应离子刻蚀过程中的根部效应和滞后效应等问题。初步测试结果表明，该陀螺灵敏度和非线性度比较理想。     

无驱动结构硅微机械陀螺的原理分析和性能测试

提出了一种利用旋转载体自旋角速度驱动的硅微机械陀螺的结构原理,建立了这种陀螺的数学模型并分析计算了该陀螺的结构动力学参数.理论研究和试验表明,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.通过陀螺性能测试,陀螺输出电压与输入角速度成正比.     

一种栅型结构微机械陀螺的研究

介绍了一种新型结构微机械陀螺的设计及制作。新型陀螺的驱动振动和敏感检测振动的阻尼均为滑膜阻尼，且几乎相同，惯性质量块为栅型结构，由弹性悬臂梁支撑，驱动固定电极和敏感检测固定电极位于惯性质量块下方。分析了新型陀螺的工作特性，说明了陀螺结构参数对陀螺灵敏度的影响，实验结果表明，大气状态下，新型栅结构微机械陀螺的驱动和敏感检测品质因子Q均可达到66。     

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。     

一种高性能电磁式微机械振动环陀螺

模态匹配和高的品质因数是提高振动环陀螺性能的关键。设计制作了一种电磁式微机械振动环陀螺,采用了全对称的结构以实现模态匹配。通过理论推导建立了陀螺灵敏度和机械噪声的数学模型,分析了陀螺参数对灵敏度及分辨力的影响。采用（100）晶向的单晶硅及MEMS体硅标准工艺加工了陀螺样片,该工艺简单,无需键合。器件频响实验结果表明,所设计的振动环陀螺驱动模态和检测模态频差小于0.5Hz,大气压下品质因数约为500,在1Pa的低真空下达到14000。锁相放大器测试结果表明,在-200 ~200 o/s测量范围内,陀螺分辨力为0.05o/s,灵敏度为0.2uv/ o/s。测试结果表明该陀螺能够实现模态匹配和较高的品质因数,具有较高的性能指标。     

旋转机械自动平衡综述

对国内外旋转机械自动平衡研究进行了较全面的综述,并对各种形式自动平衡装置的特点和可行性进行了分析,为把有关资料系统化,提出对自动平衡装置的基本要求,作为设计自动平衡装置时的参考。     

双质量硅微机械陀螺的固有频率温度及特性研究

双质量硅微机械陀螺装置是根据计算机电控系统技术的主要原理内容进行梳理的,并联合新型结构的调整措施实现整体小体积、轻质量、低耗能和荷载水准的开发,使其能够全面抵受恶劣环境的摧残,并深度开拓适应汽车牵引系统的支持潜力,促进行驶过程中的稳定校准功效,保证摄像机搭建校正下的创新领域的完善。但实际的硅微机械振动式陀螺使用环节中受到一定耦合信号和温度效应的影响,不利于其整体工作质量的开发能力得到展现。因此,需要利用科学技术进行细致分析,争取全面改善该机械陀螺的性能,保证内部温度误差问题可以得到有效解决,促进机械电控事业的综合发展。     

旋转机械自动动平衡综述

对国内外旋转机械自动平衡研究进行了较全面的综述,并对各种形式自动平衡装置的特点和可行性进行了分析。为把有关资料系统化,提出对自动平衡装置的基本要求,作为设计自动平衡装置时的参考。     

硅微陀螺仪的正交误差分析

推导了双框架式硅微陀螺仪驱动模态和检测模态的运动方程，定义了驱动位移和敏感位移。在此基础上，利用弹性主轴原理，分别推导了内外框弹性主轴偏转产生的正交误差信号表达式及正交误差信号和敏感信号的比值表达式。分析结果表明，双框架式硅微陀螺仪内外框弹性主轴发生偏转时，都将产生正交误差位移，且双框架式硅微陀螺仪产生的正交误差位移数值相当于单框架式硅微陀螺仪正交误差位移的两倍。测定了双框架式硅微陀螺仪的正交误差，正交误差信号，其值为431°／s，此时偏转角度仅为0．0196°。     

振子框架式微机械陀螺设计优化

采用多端口组件网络方法对振子框架式微机械陀螺(CGMG)进行设计,分析了主要结构尺寸对其固有频率的影响。根据陀螺驱动模态频率和检测模态的频率匹配,优化了陀螺的结构尺寸。结果表明,该方法可以实现MEMS整体行为的快速仿真,并能分析局部尺寸参数对系统性能的影响。     

基于集总参数宏模型的微机械陀螺多域耦合分析

对微机械陀螺中静电、结构、空气阻尼等物理域进行有效分离，在分别对各域进行数值模拟的基础上提取相应的物理参数，建立集总参数模型。在考虑边缘效应的情况下，提取了微结构电容与位移的解析表达式；根据热一流体类似方法，提取了阻尼孔结构的阻尼系数和压膜刚度；根据结构动力学理论，由模态分析提取结构的有效刚度和有效质量。将这些物理参数综合在系统仿真器中与外围电路共同进行仿真，准确地评估不同条件下微机械陀螺的行为特性。     

微机械振动陀螺的耦合误差和隔离耦合的结构设计

微机械振动陀螺是近几年发展起来的新型惯性元件,其误差源主要有微机械结构的Brownian噪声,电路噪声,机械耦合误差及电子机械耦合误差等,这些误差严重影响陀螺仪的精度。本文提出了单级隔离耦合和双级隔离耦合的结构方案,有效减小机械耦合误差,提高精度。     

静电悬浮转子微陀螺微位移信号检测系统的设计

为实现对悬浮转子微陀螺转子五自由度的测量,提出了一种频分复用的微位移检测原理,主要介绍了多频率信号发生器,前置放大器,锁相放大器组成的测试系统,设计了一种基于DDS技术的多频率信号发生器和基于锁相放大原理的解调电路。实验和分析结果表明,该电路能实现多自由度微位移检测,设计的多频率信号发生器的频率分辨率能达到0．005821Hz,相位分辨率可以达到0．006rad,检测轴向灵敏度为1．34V／μm,检测径向灵敏度为0．092V／μm,测量电路的轴向位移分辨率为0．45nm,径向位移分辨率为6．6nm,转角的分辨率为0．25μrad,位移检测电路的分辨率,灵敏度和测量范围能够满足静电悬浮转子微陀螺的控制需要。     

基于厚膜混合集成的硅微机械加速度传感器

采用厚膜混合集成技术实现了硅微机械加速度传感器工程样机。介绍了厚膜混合集成电路工艺的原理和特点、传感器的结构和工作原理，研究了信号提取和处理方法，优化了反馈控制校正电路网络，利用电容转换专用集成电路，通过厚膜技术组装了工程样机。实验结果表明：该单片加速度传感器具有较高的精度和零偏稳定性。     

一种电容式硅微机械麦克风的设计与制造

给出了一种电容式硅微机械麦克风的设计和制造方法。该微机械麦克风在单一硅片上制作,麦克风的两个电极由1个3层复合敏感膜和1个带有通气孔的金属铜底板构成,敏感膜与底板之间采用牺牲层技术形成空气问隙。测试结果表明,该硅微机械麦克风适合在工业界推广应用。     

一种单晶硅振动环陀螺仪的设计与制作

介绍了振动环式陀螺仪的基本工作原理,分析了传统的振动环式陀螺仪所存在的缺陷.并针对这些问题,设计和制作了一种单晶硅式振动环陀螺仪.该陀螺仪采用硅玻璃键合工艺制作,利用振动环作为敏感元件,选取静电激励、电容检测的工作方式.设计陀螺仪的工作频率高于15 kHz,以降低了环境对陀螺仪性能的影响.陀螺仪的制作方法简单,只需要2块掩模板,便于批量化生产.