微机械陀螺仪版图与工艺设计

体硅MEMS工艺是一种主要的微机电系统加工手段，通过对陀螺结构研究和体硅MEMS工艺的实验，在陀螺的版图设计和工艺加工方面积累了一些实践经验。对于我们今后开展体硅MEMS工艺技术研究和陀螺结构设计是一个很好的借鉴。     

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.     

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。     

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。     

悬浮转子式微机械陀螺仪的研究进展

介绍了一种不同于振动式微机械陀螺仪的新型微机电系统陀螺一悬浮转子式微机械陀螺仪,并就国内外关于磁悬浮转子微陀螺和静电悬浮转子微陀螺研究的各种结构及其工作原理、工艺和性能特点进行了概述,以展示这一新颖微陀螺的研究现状和发展趋势。     

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.     

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。     

石英微机械陀螺的研究进展

首先介绍了石英微机械陀螺基于压电效应和科氏加速度的工作原理,回顾了石英微机械陀螺的发展历程,并且介绍了石英微机械陀螺的国内外发展现状。然后,针对石英微机械陀螺不同的结构进行了分类,并且对于不同结构的石英微机械陀螺的具体加工工艺、性能参数、应用领域等进行了综述。最后,对不同结构类型的石英微机械陀螺的尺寸、加工工艺,检测轴向,精度等参数进行了总结和对比,在此基础上分析了石英微机械陀螺的发展趋势,并指出了石英微机械陀螺研究中存在的问题,例如石英加工过程中产生的侧壁晶棱的不平整、石英侧壁电极的制作困难以及石英微机械陀螺多轴化应用的限制等。     

无驱动硅微机械陀螺信号解调的研究

从无驱动硅微机械陀螺的敏感结构原理出发，对它的输出信号特征进行了分析，建立了相应的数学模型，提出使用最小均方差（LMSD）的算法对输出信号进行解调。使用MATLAB的数据处理方法，对仿真转台上得到的波形数据进行数字解调，将得到的结果与实际输入相比较，结果表明采用LMSD算法能够解调出陀螺的俯仰和偏航角速度信号。     

无驱动硅微机械陀螺信号解调的研究

从无驱动硅微机械陀螺的敏感结构原理出发,对它的输出信号特征进行了分析,建立了相应的数学模型,提出使用最小均方差(LMSD)的算法对输出信号进行解调。使用MATLAB的数据处理方法,对仿真转台上得到的波形数据进行数字解调,将得到的结果与实际输入相比较,结果表明采用LMSD算法能够解调出陀螺的俯仰和偏航角速度信号。     

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.     

一种高性能的硅微谐振陀螺

基于谐振敏感原理,设计了硅微谐振陀螺,它具有直接的准数字式频率输出、高灵敏度、参数设计灵活等优点,其结构包括质量块、悬臂梁、杠杆放大机构、双端固支音叉(DETF)、激励和检测梳齿.内外质量块结构和杠杆机构特殊设计可以实现结构解耦;质量块外置、杠杆放大结构及双DETF结构可以改善结构灵敏度.模态分析和谐响应通过A.NSYS进行,公式运算和参数优化通过MATLAB实现.从仿真结果可以看出,陀螺的灵敏度值为75 mHz/(deg/s),且实现了自解耦.     

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。     

微机械陀螺传感器模型与接口电路的混合模拟

根据微机械陀螺的动力学方程建立了组合微机械陀螺振动特性和电学特性的传感器等效电路模型 ,并通过电路模拟工具 PSPICE对模型进行验证。利用该模型与接口电路的混合模拟 ,可以分析陀螺整个系统的工作性能。模拟分析的结果验证了该模型可以应用于微机械陀螺接口电路的设计和优化     

一种具有隔振框架的解耦硅微陀螺

提出了一种利用隔振框架解耦的硅微陀螺,其驱动模态和检测模态不仅有各自独立的支撑结构,还有各自独立的惯性质量块,隔振框架隔离了驱动结构和检测结构,减小了模态之间的交叉耦合;利用TMAH湿法腐蚀结合深反应离子刻蚀工艺,在n型〈100〉低阻硅片上制作出了微陀螺样片,并为其研制了配套的测控电路;测试结果表明,驱动模态频率为2.981kHz,品质因子为800,检测模态频率为2.813kHz,品质因子为34,刻度因子为38mV/(°/s),线性度优于0.8%,微陀螺在0.5h内的零偏稳定度为0.28°/s.