為了提升微機(jī)械陀螺在應(yīng)用中的性能,需要巧妙設(shè)計(jì)陀螺結(jié)構(gòu)來(lái)提高陀螺靈敏度.本文針對(duì)面內(nèi)驅(qū)動(dòng)/檢測(cè)的微陀螺結(jié)構(gòu),進(jìn)行了理論設(shè)計(jì)和Ansys有限元仿真分析驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)了微陀螺結(jié)構(gòu)的模態(tài)匹配.通過(guò)測(cè)試質(zhì)量塊上分布導(dǎo)線產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的實(shí)驗(yàn)方法獲得陀螺的幅頻特性曲線,測(cè)量結(jié)果表明,微陀螺結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)方向頻率為7 078.1 Hz(品質(zhì)因數(shù)達(dá)643.2),檢測(cè)方向頻率為7 068.9 Hz (品質(zhì)因數(shù)達(dá)1 010.7),結(jié)構(gòu)靈敏度可達(dá)52.3 nm/(°/s),與理論期望值基本相符.這將為今后設(shè)計(jì)更高靈敏度的微陀螺式結(jié)構(gòu)傳感器提供理論依據(jù)及測(cè)試方法.

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【部分圖文】：

圖1微陀螺結(jié)構(gòu)示意圖

式中:F0為電磁驅(qū)動(dòng)力;mx為驅(qū)動(dòng)質(zhì)量;ωx為驅(qū)動(dòng)方向諧振角頻率;Qx為驅(qū)動(dòng)方向的品質(zhì)因數(shù);ωy為檢測(cè)方向諧振角頻率;Qy為檢測(cè)方向的品質(zhì)因數(shù).本文中對(duì)微陀螺結(jié)構(gòu)靈敏度設(shè)計(jì)的期望值在50nm/(°/s)～60nm/(°/s)范圍內(nèi),根據(jù)陀螺結(jié)構(gòu)靈敏度的定義,....

圖5微陀螺結(jié)構(gòu)加工實(shí)物圖

在對(duì)陀螺結(jié)構(gòu)模態(tài)分析的基礎(chǔ)上,首先在雙拋單晶硅片上沉積一層100nm厚的SiO2,制作絕緣層;然后磁控濺射(FHR)Cu制備種子層,光刻后電鍍Cu和Au,制作驅(qū)動(dòng)/反饋導(dǎo)線;其次將電鍍好的導(dǎo)線濕法腐蝕(HF溶液)去除種子層;下一步光刻圖形化正面結(jié)構(gòu),RIE....

圖6驅(qū)動(dòng)反饋測(cè)試電路原理圖

當(dāng)微陀螺結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線上通入交流信號(hào)時(shí),將驅(qū)動(dòng)陀螺沿x方向運(yùn)動(dòng),從而帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)反饋導(dǎo)線切割磁感線,產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì).為了測(cè)試檢測(cè)方向的諧振頻率,在微陀螺檢測(cè)質(zhì)量塊兩端分別加工一根通電導(dǎo)線,一根作為檢測(cè)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線,一根作為檢測(cè)反饋導(dǎo)線,如圖6中所示.當(dāng)交流信號(hào)頻率大....

圖2微陀螺結(jié)構(gòu)模態(tài)分析

本文通過(guò)使用Ansys有限元仿真模塊,選擇理論分析計(jì)算獲得的微陀螺結(jié)構(gòu)的最佳尺寸參數(shù),對(duì)陀螺結(jié)構(gòu)添加邊界條件后,經(jīng)有限元方法分析微陀螺在驅(qū)動(dòng)梁和檢測(cè)梁最佳尺寸參數(shù)條件下各階模態(tài)的變化情況.驅(qū)動(dòng)模態(tài)頻率和檢測(cè)模態(tài)頻率差值達(dá)到最小(理想情況下是零,此時(shí)完全匹配),結(jié)構(gòu)靈敏....

本文編號(hào)：3902730