梳狀音叉雙線振動(dòng)硅微機(jī)械陀螺儀的技術(shù)研究.pdf

1、目前廣泛運(yùn)用于慣性導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域的傳統(tǒng)機(jī)械式陀螺儀和光學(xué)式陀螺儀，雖然它們的精度高而且制造及運(yùn)用技術(shù)成熟，但都有著體積大和重量大的缺點(diǎn)，極大地限制了它們?cè)谖⑿突瘓?chǎng)合的運(yùn)用，與當(dāng)前微型化發(fā)展潮流相悖。隨著20世紀(jì)八九十年代MEMS技術(shù)的發(fā)展，一種利用MEMS加工技術(shù)開發(fā)的微機(jī)械陀螺儀得到了迅猛發(fā)展。微機(jī)械陀螺儀具有微型化、集成化、動(dòng)態(tài)性能好、能耗低、易于數(shù)字化和智能化、可靠性高、壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)機(jī)械式陀螺儀和光學(xué)式陀螺儀無(wú)法在微

2、型化場(chǎng)合應(yīng)用的難題，對(duì)慣性導(dǎo)航技術(shù)有極大的需求的商業(yè)和軍事應(yīng)用領(lǐng)域有著舉足輕重的意義和價(jià)值。
　　微機(jī)械陀螺儀的精度參數(shù)通常由漂移率和分辨率進(jìn)行標(biāo)定。雖然微機(jī)械陀螺儀微機(jī)械陀螺儀相對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械式陀螺儀和光學(xué)式陀螺儀有諸多優(yōu)點(diǎn)，但目前國(guó)內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)開發(fā)出的絕大部分微機(jī)械陀螺儀漂移率和分辨率精度性能只達(dá)到了速率級(jí)別應(yīng)用要求，限制了它們?cè)谛枰呔鹊膽T性級(jí)別應(yīng)用場(chǎng)合的使用。因此，提高微機(jī)械陀螺儀漂移率和分辨率性能成了國(guó)內(nèi)外研發(fā)機(jī)構(gòu)開發(fā)微

3、機(jī)械陀螺儀的首要目標(biāo)。為了解決微機(jī)械陀螺儀儀漂移率和分辨率精度性能低下的問(wèn)題，本文在總結(jié)前人成果的基礎(chǔ)上，特別是在美國(guó)佐治亞理工學(xué)院開發(fā)的一款微機(jī)械陀螺儀的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了一種梳狀音叉雙線振動(dòng)微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)。
　　該梳狀音叉雙線振動(dòng)微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)采用了對(duì)稱型雙折疊梁作為彈性支撐梁，對(duì)結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測(cè)模態(tài)起到了解耦作用；同時(shí)，該結(jié)構(gòu)對(duì)驅(qū)動(dòng)梳齒采用了獨(dú)特的隔離設(shè)計(jì)，能夠極大的降低驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)檢測(cè)信號(hào)的正交干擾。通過(guò)解耦和隔離設(shè)計(jì)

4、，可以極大的降低微機(jī)械陀螺儀正交誤差，從而提高陀螺儀的漂移率精度。通過(guò)對(duì)彈性支撐梁的各個(gè)幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，該微機(jī)械陀螺儀具有高品質(zhì)因素的良好特性，從而為提高陀螺儀的分辨率打下了基礎(chǔ)。
　　本文通過(guò)有限元分析軟件 ANSYS對(duì)梳狀音叉雙線振動(dòng)微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案的優(yōu)越性進(jìn)行了分析驗(yàn)證。通過(guò)解耦有限元分析，驗(yàn)證采用折疊梁設(shè)計(jì)使系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測(cè)模態(tài)間的耦合作用降到了1.9％以下；通過(guò)隔離有限元分析，驗(yàn)證經(jīng)過(guò)隔離設(shè)計(jì)以后，驅(qū)動(dòng)