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振动式微机械陀螺的设计与仿真

邸荻  
【摘要】: 本论文主要围绕一种无需真空封装,可在大气环境下工作的解耦型微机械振动式陀螺开展,进行了器件的设计和特性研究,为进一步制作器件打下了基础。 主要内容如下: 1.分析了微机械陀螺的运动特性、静电驱动特性和在大气下的阻尼特性,分析结果表明,可以运用切向静电力驱动质量块振动,法向静电力对器件特性的影响可以忽略;在计算微结构电容时,电容的边缘效应和寄生电容不可忽略;在器件所受阻尼主要为库埃特流阻尼的情况下,阻尼力系数较小。 2.对微机械陀螺中存在的机械耦合误差进行了分析,并通过计算指出在现有的工艺条件下,正交误差和寄生振动对微机械陀螺的检测分辨率和灵敏度影响较大且难以消除。 3.设计了一种可在大气环境下工作的电容式硅微机械陀螺,进行了性能分析和输出特性仿真。仿真结果表明,在驱动力与驱动轴有微小偏差的情况下,机械耦合引起的误差信号完全把角速度信号湮没。这说明机械耦合误差的存在大大降低了微机械陀螺的精度。 4.针对机械耦合误差,提出了一种隔离耦合的三质量块结构,建立了该结构的简化动力学模型。依据这种结构,设计了一种解耦型微陀螺,仿真结果表明,这种结构基本消除了垂直轴间的机械耦合,降低了对工艺精度和检测电路的要求。 5.建立了解耦型微陀螺的等效电路模型,初步讨论了这种陀螺的制作工艺和可能出现的问题,为下一步实际制作器件打下了基础。


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