超磁致伸缩固体振子微陀螺的设计

【摘要】：超磁致伸缩材料是一种新近发展起来的新型材料,其在传感器和执行器中的应用才刚刚起步,具有很大的开发潜力。微固态陀螺仪是近来的研究热点,其具有无转子的特点,抗冲击能力强。而目前国内还没有人能够想到或设计出把超磁致伸缩材料用在微固态陀螺仪上,在这个方面还是一片空白,基于此,本文首次将超磁致伸缩材料运用在固态微陀螺仪上,利用超磁致伸缩材料的优异特性来设计一种高灵敏度的磁致伸缩固体振子微陀螺仪。 本文首先回顾了一下全固态微陀螺仪的发展情况以及超磁致伸缩材料的特点,阐述了超磁致伸缩材料固体振子微陀螺的原理,并设计出其基本结构。随后用ANSYS软件对GMM材料长方体振子的本征模态进行分析求解,观察并找到了沿着X、Y轴伸缩同时沿着Z轴伸缩的模态频率及其振型(第四阶)。还对多层磁致伸缩材料构成的复合长方体振子(磁致伸缩材料薄片由环氧树脂胶粘接而成)的模态进行了分析,发现第一阶振型符合微陀螺的工作模态要求,且其模态频率大为降低,仅为十多kHz。 最后用MATLAB软件对产生微陀螺驱动磁场的电磁结构进行了仿真,主要是线圈匝数、线宽、间距和位置,以及永磁体对产生驱动电磁场的计算分析,从而设计出需要选用的材料参数和结构参数,使永磁体产生的偏置磁场能很好地配合平面线圈,使GMM体内的磁场分布均匀。