收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

硅微型陀螺仪的力学分析和数学模型

罗跃生  
【摘要】: 硅微型振动陀螺仪是随着微电子技术和微机械加工技术的发展而研制出的一类新型角速率传感器。这类陀螺仪在工作时,用微幅振动代替高速旋转,从而使它可以具有体积小,重量轻以及成本低,可靠性高,易于批量生产和便于与电子线路集成等传统陀螺仪无法比拟的优点。预计在以后的几年里这类新型角速率传感器——硅微型振动陀螺仪——也会作为一种成熟的产品广泛的应用于军用和民用的许多领域。 陀螺仪性能的好坏直接制约着它的用途。因此,如何提高硅微型振动陀螺仪的精度,是它走向市场首要解决的问题。而要提高硅微型振动陀螺仪的精度,首先要掌握硅微型振动陀螺仪的工作机理。为此本文研究了几种典型的硅微型振动陀螺仪的基本运动规律,建立了相应的数学模型,最后分析了它们的工作规律。其主要工作(创新点)归纳如下: 1.研究了硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪的基本结构,详细讨论了它的工作原理。利用牵连运动的加速度合成定理,通过严格的力学分析和严密的数学演算首先得到其活动质量当陀螺仪在惯性坐标系中作定常角速度转动时的加速度表达式。并利用牛顿力学定律推导了硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪工作时所满足的精确的微分方程模型。而且在不同情况下对数学模型进行求解,利用方程的解分析了该陀螺仪的基本工作规律。在得到了该陀螺仪工作的解析表达式的同时,也利用该模型得到了一些大家熟知的该陀螺仪所具备的特性,从理论上揭示了这些性质的机理,同时也检验了该数学模型的正确性。例如在惯性空间中转动的角速度主要影响陀螺仪的活动质量在垂直于陀螺仪平面方向(即z轴方向)频率与驱动频率ω相同的振动的振幅。而当ω充分大时,影响这一振幅的将主要是陀螺仪在y轴方向的角速度,且它们之间接近于正比关系。x,z轴方向的角速度对其也有影响,但影响较小。为了今后对该陀螺仪作更精确的分析提供理论依据,最后给出了该陀螺仪在一般情况下考虑到角加速度影响的数学模型。 2.利用刚体转动的欧拉动力学方程,详细地推导了振动轮式微机械陀螺仪,框架式硅微角振动陀螺仪和内框驱动双框架式硅微角振动陀螺仪精确的 哈尔滨工程大学博士学位论文 亩亩亩亩亩亩亩亩亩奋亩亩亩亩亩亩 微分方程模型。并利用它的基本工作特点对该微分方程模型进行了简化,讨 论了简化的合理性。而且在不同情况下对简化的数学模型进行求解,利用方 程的解分析了振动轮式微机械陀螺仪的基本工作规律。也很好的从理论上揭 示了它们所具备的一些特性的机理,检验了该数学模型的正确性。 3.由于音叉式(梳状)线振动硅微陀螺仪用于驱动和用于检测的两部分 振动分别是线振动和角振动,所以对它的研究与前几种陀螺仪有很大的差别。 分别利用牛顿力学定律和刚体转动的欧拉动力学方程详细地推导了音叉式 (线振动)硅微陀螺仪精确的微分方程模型。并利用它的基本工作特点对该 微分方程模型进行了简化,而且在几种特殊情况下对简化的数学模型进行求 解,利用方程的解分析了音叉式(线振动)硅微陀螺仪的基本工作规律。同 时很好的解释了大家熟知的关于音叉式(梳状)线振动硅微陀螺仪一些工作 特点及性质,从理论上揭示了这些性质的机理,同时也检验了该数学模型的 正确性。 由于本文推导的各陀螺仪工作时满足的微分方程模型,都是在严格的力 学分析和严密的数学演算的基础之上应用相应的力学和动力学结果建立的, 所以它很好的模拟了这些陀螺仪的工作规律和性能。又因为这些模型考虑了 多种因素的影响所以它们具有较大的适应性和可推广性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 罗跃生;内框驱动双框架式硅微角振动陀螺仪的微分方程模型[J];哈尔滨工程大学学报;2002年06期
2 罗跃生;硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪工作的微分方程模型[J];哈尔滨工程大学学报;2003年01期
3 王寿荣;壳体加速度对硅微角振动陀螺仪性能的影响[J];传感器技术;1999年01期
4 张燕娥;改进型双框架式硅微角振动陀螺仪的工作机理及误差分析[J];中国惯性技术学报;1998年02期
5 罗跃生;梳驱动音叉式微速率陀螺仪的数学模型[J];浙江万里学院学报;2005年02期
6 罗跃生,杨海鸥;框架式硅微角振动陀螺仪的数学模型[J];哈尔滨工程大学学报;2005年01期
7 朱志峰;吴本科;何晓雄;肖苏;;基于LabVIEW的音叉弦线振动混沌实验仪的研制[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2010年04期
8 周百令,蔡体菁;两自由度振动轮式硅微陀螺仪的机理研究[J];船舶工程;2000年06期
9 周百令;章文舒;;陀螺仪的线振动对其精度的影响[J];东南大学学报(自然科学版);1988年03期
10 姜复兴,王卫阳,吴广玉;辨识捷联陀螺仪动态误差模型速率试验计划的优化设计[J];哈尔滨工业大学学报;1994年05期
11 黄荣平,汪晨,王立;陀螺故障振动诊断系统[J];振动.测试与诊断;1995年01期
12 罗庆秀;;飞行体自动搜索跟踪装置[J];航空兵器;1980年03期
13 王军;陀螺仪的防震运输包装[J];包装工程;1982年01期
14 秋实;;机器人在陀螺仪及飞机零部件装配工作中的应用[J];航空制造技术;1984年12期
15 程启东;;陀螺式射瞄返回时间对构角的影响[J];火力与指挥控制;1986年04期
16 万德钧;黄仁;任兴明;;陀螺随机漂移ARMA模型的建立[J];东南大学学报(自然科学版);1988年03期
17 王同庚;;光纤陀螺技术在产品化过程中的飞跃[J];飞航导弹;1989年08期
18 高钟毓;微机械陀螺原理与关键技术[J];仪器仪表学报;1996年S1期
19 金志华,田蔚风,施红兵;航空陀螺仪在船模姿态测量中的应用[J];测控技术;1996年04期
20 谢军,翟羽健;载荷预估在火控稳像系统中的应用[J];东南大学学报(自然科学版);1997年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 施芹;王寿荣;周百令;裘安萍;;音叉式陀螺仪谐振频率的计算[A];2003年惯性仪表与元件学术交流会论文集[C];2003年
2 石又;相子元;;以陀螺仪传感器测量跑步过程足部内旋情况[A];第十四届全国运动生物力学学术交流大会论文集[C];2010年
3 杜世宏;崔燕;;一种硅微陀螺仪的数据采集电路设计[A];先进制造技术论坛暨第三届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2004年
4 付振宪;邓正隆;;一种新型线振动台用于惯导平台误差模型参数分离的探讨[A];中国惯性技术学会测试专业委员会第八次学术交流会论文集[C];2003年
5 敖晖;李平;曲选辉;;计算机模拟辅助设计陀螺仪用磁温度补偿合金[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
6 宋永刚;陈东生;徐强;郭刚;;陀螺仪系统可靠性模型[A];2001年飞行器惯性器件学术交流会论文集[C];2001年
7 康凯;仇振安;杨涛;;基于某型MEMS陀螺芯片的工程化应用[A];微机电惯性技术的发展现状与趋势——惯性技术发展动态发展方向研讨会文集[C];2011年
8 何洪文;胡昌华;吕瑛洁;李进;;基于VXI总线的陀螺仪动态测试技术研究[A];2004全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集(上册)[C];2004年
9 许鑫泉;;角度记录仪[A];中国机械工程学会物料搬运学会第二届年会论文集(一)--起重机[C];1984年
10 庄海涵;王巍;邢朝洋;张廷凯;;线振动微机械陀螺大载荷下频率漂移特性研究[A];微机电惯性技术的发展现状与趋势——惯性技术发展动态发展方向研讨会文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 罗跃生;硅微型陀螺仪的力学分析和数学模型[D];哈尔滨工程大学;2003年
2 关荣锋;MEMS器件设计、封装工艺及应用研究[D];华中科技大学;2005年
3 王玉辉;船用摄像稳定平台测控问题研究[D];山东科技大学;2011年
4 朱福龙;基于工艺力学的MEMS封装若干基础问题研究[D];华中科技大学;2007年
5 张永祥;基于陀螺仪的船载电子稳像技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2006年
6 何昆鹏;MEMS惯性器件参数辨识及系统误差补偿技术[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 罗小兵;微惯性流体器件中的流动和传热及其工程应用[D];清华大学;2002年
8 夏桂锁;陀螺经纬仪自动寻北关键技术的研究[D];天津大学;2007年
9 陈永;基于滑膜阻尼效应的音叉式微机械陀螺研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2004年
10 胡浩军;运动平台捕获、跟踪与瞄准系统视轴稳定技术研究[D];国防科学技术大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周双红;一种微陀螺仪的微分方程模型及其干扰因素的研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
2 管继平;梳状音叉双线振动硅微机械陀螺仪的技术研究[D];电子科技大学;2010年
3 谢明媚;z轴硅微陀螺仪残余应力分析及结构优化研究[D];东南大学;2004年
4 贾永翠;二自由度陀螺的解耦控制[D];西安电子科技大学;2009年
5 张吉昌;单轴双轮自平衡代步车的研究与设计[D];中国海洋大学;2009年
6 褚鸿杰;微流体陀螺仪驱动与检测技术研究[D];南京理工大学;2011年
7 吴新潮;基于陀螺仪的特种车辆姿态解算器的设计[D];南京理工大学;2012年
8 姜丙功;全站式陀螺仪的定向数据处理及精度评定[D];辽宁工程技术大学;2012年
9 沈颖;光声/声光传感技术研究[D];浙江大学;2012年
10 韩梦嘉;基于XPC环境的两轴稳定平台控制策略研究[D];大连海事大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 鲍中行;把陀螺仪装进茶杯里[N];中国国防报;2004年
2 姑苏飘雪;方寸之间 自由把控[N];电脑报;2010年
3 记者 魏忠杰;“发现”号宇航员结束二次太空走[N];人民日报;2005年
4 记者 魏忠杰;两名宇航员走出“码头”6小时[N];新华每日电讯;2004年
5 曹东;我国首颗内置传感器芯片在上海张江诞生[N];中国高新技术产业导报;2009年
6 张孟军;国际空间站维稳陀螺仪失灵[N];科技日报;2004年
7 航盛集团汽车电子研究所所长 方卫东;实现车速、陀螺仪和GPS组合定位[N];中国电子报;2006年
8 贺一平;QC成果连续5年获优评[N];中国航天报;2010年
9 唐风;微型陀螺仪将用于癌症治疗[N];中国医药报;2006年
10 奇 云;“引力探测器B”验证爱因斯坦预言[N];大众科技报;2004年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978