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《中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所)》 2004年
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基于滑膜阻尼效应的音叉式微机械陀螺研究

陈永  
【摘要】:与传统陀螺相比,微机械陀螺具有体积小、重量轻、成本低等特点,因而具有广泛的应用前景。在微机械陀螺的研究中,陀螺灵敏度和分辨率的提高始终是人们追求的主要目标。本论文工作是针对一种具有实用化目标的新型结构的微机械陀螺进行研究,包括器件结构的原理设计、工艺制作、封装和性能测试等。 在对振动式微机械陀螺的基本原理和动力学方程进行分析的基础上,讨论了工作频率、Q值和驱动力矩与陀螺灵敏度及其工作带宽的关系。讨论了微机械陀螺中的空气阻尼、正交误差、寄生Coriolis力以及轴向加速度干扰等问题。 在总结理论分析结果和前人工作经验的基础上,提出一种新颖的微机械陀螺设计:采用电磁驱动方式,具有较大的驱动力矩,幅值稳定;驱动模态和检测模态的空气阻尼均主要为滑膜阻尼,在大气压下实现了较高的Q值;采用解耦结构设计减小了结构中的机械耦合;音叉式结构设计使陀螺能够抑制轴向加速度的干扰。 设计了陀螺的动力学结构和电学结构,分析了噪声特性和加速度响应特性。陀螺驱动模态和检测模态的固有频率和Q值的设计值分别为2800Hz和1613,3000Hz和1613。陀螺热噪声的设计值为0.123°/h/Hz~(1/2)。 采用单晶硅体微机械加工工艺和硅玻璃静电键合技术实现了音叉式微机械陀螺的制作,分析并解决了陀螺制作工艺过程中的深反立离子刻蚀根部效应问题和图形边缘变形问题。 建立了音叉式微机械陀螺的动力学等效电路模型,对音叉式微机械陀螺的工作特性进行了模拟。对设计出的陀螺接口电路的各级输出参数进行了测试和验证,实现了接口电路的功能。 在大气下实现了微机械陀螺的封装,对器件性能进行了测试。陀螺在大气压下驱动模态谐振频率和Q值分别为2906Hz和1004,检测模态中两个检测质量块振动系统谐振频率和Q值分别为2996Hz和522、3033Hz和421。陀螺的标度因子灵敏度为9.8mV/°/s,非线性为0.43%,噪声等效角速度和零点漂移分别为67°/h/Hz~(1/2)和144°/h。 分析和测试结果表明,本论文设计制作的音叉式微机械陀螺在大气压下实现了较 基于滑膜阻尼效应的音又式微机械陀螺研究 高的Q值和灵敏度,较低的机械祸合和热噪声,同时能够有效抑制轴向加速度的干扰。 性能基本能够满足初步应用要求。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:V241.5

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6 高强业;硅微加速度计的特性及应用研究[D];国防科学技术大学;2003年
7 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
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