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三框架硅微机械陀螺的结构设计及加工工艺研究

郭慧芳  
【摘要】: 通过调研和分析国内外硅微机械陀螺的发展状况,本文提出了一种三框架硅微机械陀螺结构。该结构解决了目前双框架硅微机械陀螺结构所存在的缺点,其具有较大耦合效应以及对加工工艺精度有很高的要求。 在双框架结构中,由于加工工艺误差,使得带检测梳齿的敏感质量块两侧的梳齿尺寸不一,这样导致敏感质量块在伴随驱动模式运动的过程中将会产生两侧电容变化量无法抵消的问题,降低陀螺性能。论文提出的三框架硅微机械陀螺结构由外框架、中间框架和内框架组成。不带梳齿的中间框架作为感应哥氏效应的过渡框架,从结构本身有效地抑制了双框架陀螺的耦合对器件造成的不良影响。 论文介绍了框架式硅微机械陀螺的工作原理,分析了静电力驱动,差分电容检测,阻尼以及支撑梁结构对微机械陀螺性能的影响,提出了三框架结构模型。在对该模型的简化示意图进行动力学分析和有限元仿真的基础上,确定了三框架硅微机械陀螺的结构及参数。 考虑陀螺的加工成本以及目前国内现有的微结构加工工艺,我们选择了比较成熟简单的体硅加工工艺对其进行加工。根据加工单位的版图设计规则及体硅工艺标准,设计了该结构的版图及切实可行的工艺流程,最终完成了硅微机械陀螺仪的加工,并进行了简单的封装。文中还设计仿真了陀螺的接口电路,最后进行了初步的测试。


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