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一种新型微机械陀螺仪的结构与检测系统研究

温姣  
【摘要】:微机械陀螺仪具有体积小、重量轻、动态性能好、能耗少、成本低、可靠性高、易于数字化、智能化和集成化等优点,针对商业应用和军事方面对惯性导航技术的极大需求,分析了国内外硅微机械陀螺仪的发展现状,本文提出了一种新型结构的梳状音叉振动式微机械陀螺仪,并从陀螺仪整体结构设计、静电梳齿驱动结构设计、微陀螺仪动态性能优化仿真、驱动电路与微弱信号检测、总体接口电路设计以及加工工艺等方面进行了系统性地分析研究。 论文首先以梳状音叉振动硅微陀螺仪作为研究分析结构,根据Coriolis效应与微机械陀螺仪的工作原理,对振动式微机械陀螺动力学方程进行理论分析,讨论了微陀螺仪执行器的驱动方式与微弱信号检测的相关技术。 在此基础上,论文提出了一种新型结构的梳状音叉振动式硅微机械陀螺仪,详述了整体结构尺寸设计,驱动梳齿结构及微弱信号检测结构设计、利用Ansys软件对整个系统进行模态仿真分析、静电梳齿的参数化分析与静电场分析以及多物理场的耦合分析。 论文分析了微机械陀螺仪稳定工作的条件,进行了总体电路的研究。分析了各控制电路,采用锁相环技术实现了驱动模态的恒定频率和振幅的控制,给出了一种通用的微机械陀螺仪的电路控制方案。 最后探讨了梳状音叉双线振动微机械陀螺仪相关的制造工艺。


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