一種梳狀振動型微陀螺儀的研究.pdf

1、微陀螺儀是用于測量物體相對慣性空間轉(zhuǎn)動的角度或角速度的傳感器裝置，其中硅微型振動陀螺儀是隨著微電子技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展而研制出的一類新型角速率傳感器，它用微幅振動代替高速旋轉(zhuǎn)，具有體積小，重量輕及成本低，可靠性高，易于批量生產(chǎn)和便于與電子線路集成等其它類型微陀螺儀無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此在軍民等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 本論文對梳狀靜電驅(qū)動電容檢測的振動式微陀螺儀進(jìn)行了研究，它的驅(qū)動不受電容間隙限制，可以獲得較大的驅(qū)動振幅，

2、且驅(qū)動力與位移無關(guān)，品質(zhì)因子較高，信號處理電路易于實(shí)現(xiàn)，因此梳狀驅(qū)動微機(jī)械陀螺儀是一種頗具吸引力的微振動陀螺儀結(jié)構(gòu)。本論文共分六章，第一章介紹了MEMS的發(fā)展歷程及微陀螺儀的發(fā)展歷程，詳細(xì)介紹了微機(jī)械振動式陀螺儀區(qū)別其它形式微陀螺儀的優(yōu)點(diǎn)。第二章介紹了MEMS制造技術(shù)及梳狀驅(qū)動微機(jī)械陀螺儀的制作工藝。第三章分析了梳狀驅(qū)動微機(jī)械陀螺儀的工作原理及其結(jié)構(gòu)圖，并且建立了數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出其運(yùn)動微分方程，求出梳狀驅(qū)動微機(jī)械陀螺儀的檢測位移，并分析

3、了微陀螺儀的運(yùn)動規(guī)律。第四章研究了梳狀振動微機(jī)械陀螺儀靜電梳齒電容驅(qū)動原理和電容檢測原理，求出了驅(qū)動力及檢測靈敏度。提出了影響微陀螺儀性能的兩個重要指標(biāo)：檢測靈敏度和工作帶寬。并得出規(guī)律：要想提高微陀螺儀的靈敏度，必須使驅(qū)動和檢測固有模態(tài)有合適的偏差，這些為下文的仿真分析提供了理論依據(jù)。第五章基于Conventor軟件，對微機(jī)械梳狀陀螺儀固有特征頻率、各軸的靜態(tài)位移、吸合電壓、對梳齒施加直流偏置電壓后各軸的幅頻相頻特性及質(zhì)量塊的結(jié)構(gòu)對驅(qū)

4、動和檢測頻率的影響等進(jìn)行了分析。選出了一組合適的懸臂梁參數(shù)，使微陀螺儀具有較高的靈敏度?；贗ntellisuite軟件對各向異性刻蝕工藝進(jìn)行了仿真。通過設(shè)定腐蝕條件，軟件將顯示各晶向的腐蝕速率，由腐蝕速率和需要刻蝕的深度，可以計算出腐蝕時間，從而為實(shí)驗(yàn)提供理論基礎(chǔ)。第六章建立了梳狀驅(qū)動微機(jī)械陀螺儀的驅(qū)動和檢測電學(xué)模型。因?yàn)閮H有微機(jī)械陀螺器件是不能檢測角速度信號的，必須通過接口電路把陀螺的機(jī)械振動信號轉(zhuǎn)化為電信號并進(jìn)行處理，以此得到角速