微機(jī)械陀螺是一種重要的慣性傳感器,具有集成度高、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。然而,硅材料和電子器件的溫度敏感性使得微機(jī)械陀螺的零偏和標(biāo)度因數(shù)存在溫度漂移,制約了微機(jī)械陀螺的工程應(yīng)用范圍;微機(jī)械加工相對(duì)較大的工藝誤差使得微機(jī)械陀螺的驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測(cè)模態(tài)存在頻率失配,不僅造成陀螺的機(jī)械靈敏度惡化,也導(dǎo)致陀螺檢測(cè)模態(tài)存在驅(qū)動(dòng)耦合過來的正交誤差。本論文以降低微機(jī)械陀螺的溫度敏感性和提高微機(jī)械陀螺的機(jī)械靈敏度為研究目標(biāo)。本論文通過一種基于三角形電極（Triangular-Electrode Based,TEB）自校準(zhǔn)電容檢測(cè)方案,有效降低陀螺零偏和標(biāo)度因數(shù)的溫度敏感性;針對(duì)沒有設(shè)計(jì)三角形電極的陀螺也提出了基于初始電容差的溫度補(bǔ)償方案,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)陀螺零偏的實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償;此外,本論文提出一種基于三角形電極的線性參量放大技術(shù),可同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)諧和參量放大,將該參量放大技術(shù)應(yīng)用在微機(jī)械陀螺的驅(qū)動(dòng)模態(tài),提出了一種基于參量放大的新型驅(qū)動(dòng)閉環(huán)方案,能夠降低陀螺的溫度敏感性和噪聲,將該參量放大技術(shù)應(yīng)用在微機(jī)械陀螺的檢測(cè)模態(tài),同時(shí)實(shí)現(xiàn)模態(tài)預(yù)匹配和參量放大,極大提高了陀螺的機(jī)械靈敏度,并在參量放大的同時(shí)減小了陀螺的正交誤差。論... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：176 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 微機(jī)械陀螺概述
    1.2 微機(jī)械陀螺原理和性能指標(biāo)
        1.2.1 微機(jī)械陀螺工作原理
        1.2.2 微機(jī)械陀螺性能指標(biāo)
        1.2.3 Allan方差
    1.3 微機(jī)械陀螺國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 參量放大國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.2 驅(qū)動(dòng)閉環(huán)技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.3 微機(jī)械陀螺溫漂來源
        1.3.4 低溫漂技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 論文研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排
        1.4.1 研究?jī)?nèi)容
        1.4.2 論文章節(jié)安排
2 柵結(jié)構(gòu)微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu)和處理電路
    2.1 微機(jī)械陀螺系統(tǒng)框圖
    2.2 變面積式柵結(jié)構(gòu)微機(jī)械陀螺
        2.2.1 靜電驅(qū)動(dòng)
        2.2.2 電容檢測(cè)
        2.2.3 靜電調(diào)諧
        2.2.4 加工工藝
    2.3 陀螺處理電路
    2.4 數(shù)字信號(hào)處理
        2.4.1 壓控振蕩器
        2.4.2 解調(diào)、濾波、求幅度相位
        2.4.3 PI控制器
    2.5 陀螺電容檢測(cè)方案
    2.6 陀螺器件特性測(cè)量方法
        2.6.1 基于模態(tài)掃頻技術(shù)的器件特性測(cè)量方法
        2.6.2 基于振動(dòng)衰減曲線的器件特性測(cè)量方法
        2.6.3 基于PLL-AGC控制方案的器件特性測(cè)量方法
    2.7 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
        2.7.1 本文所用陀螺
        2.7.2 本文所用儀器設(shè)備
    2.8 小結(jié)
3 微機(jī)械陀螺的溫度特性研究
    3.1 標(biāo)度因數(shù)和零偏的溫漂分析與測(cè)試
        3.1.1 彈性系數(shù)和阻尼系數(shù)的溫度模型
        3.1.2 電容檢測(cè)增益和靜電驅(qū)動(dòng)增益的溫度模型
        3.1.3 電容檢測(cè)方案對(duì)標(biāo)度因數(shù)和零偏的影響分析
        3.1.4 標(biāo)度因數(shù)和零偏的溫度特性測(cè)試
    3.2 TEB電容檢測(cè)方案的溫度特性測(cè)試
        3.2.1 標(biāo)度因數(shù)和零偏的穩(wěn)定性測(cè)試
        3.2.2 兩種電容檢測(cè)方案下的掃頻曲線
        3.2.3 兩種電容檢測(cè)方案下的陀螺溫度特性測(cè)試
    3.3 基于初始電容差的溫度補(bǔ)償方案
        3.3.1 工作原理
        3.3.2 幅度和相位提取測(cè)試
        3.3.3 實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償測(cè)試
    3.4 小結(jié)
4 線性參量放大的理論研究
    4.1 參量共振的理論分析
        4.1.1 受迫振動(dòng)分類和參量共振定義
        4.1.2 參量共振的頻率條件和臨界條件
        4.1.3 參量共振下振動(dòng)位移的頻率響應(yīng)
        4.1.4 參量放大的等效品質(zhì)因子
        4.1.5 非理想頻率條件的理論分析
    4.2 參量放大的仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        4.2.1 直流調(diào)諧能力的仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        4.2.2 非理想頻率條件的仿真
        4.2.3 參量放大/參量縮小倍數(shù)的影響參數(shù)
        4.2.4 參量放大/參量縮小下的頻率響應(yīng)
        4.2.5 參量放大等效品質(zhì)因子的研究
    4.3 調(diào)諧電壓形式對(duì)參量共振的影響分析
    4.4 小結(jié)
5 線性參量放大的微機(jī)械陀螺
    5.1 參量放大對(duì)陀螺性能影響的理論分析和仿真
        5.1.1 參量放大的典型應(yīng)用
        5.1.2 參量放大對(duì)機(jī)械靈敏度和標(biāo)度因數(shù)的影響
        5.1.3 參量放大對(duì)正交誤差的影響
    5.2 基于參量放大的新型驅(qū)動(dòng)CRF-PE閉環(huán)方案
        5.2.1 工作原理
        5.2.2 閉環(huán)平衡點(diǎn)分析
        5.2.3 仿真結(jié)果
        5.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    5.3 基于CRF-PE閉環(huán)方案的陀螺器件特性測(cè)量方法
    5.4 參量放大應(yīng)用在陀螺檢測(cè)模態(tài)的性能測(cè)試
        5.4.1 直流調(diào)諧能力的仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        5.4.2 大氣環(huán)境陀螺的參量放大測(cè)試
        5.4.3 真空環(huán)境陀螺的參量放大測(cè)試和正交誤差測(cè)試
    5.5 小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)歷及在學(xué)期間所取得的科研成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]硅微陀螺正交誤差校正方案優(yōu)化[J]. 曹慧亮,王玉良,石云波,申沖,李宏生,劉俊,楊志才.  光學(xué)精密工程. 2016(01)
[2]基于諧振頻率的微機(jī)械加速度計(jì)溫度補(bǔ)償方法[J]. 劉義冬,劉杰,朱輝杰,李丹,金仲和.  天津大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)版). 2015(07)
[3]具有增益補(bǔ)償功能的微機(jī)械陀螺數(shù)字化驅(qū)動(dòng)閉環(huán)[J]. 楊亮,蘇巖,裘安萍,夏國(guó)明.  光學(xué)精密工程. 2014(01)
[4]硅微機(jī)械陀螺儀測(cè)控電路的溫度補(bǔ)償[J]. 曹慧亮,李宏生,王壽榮,楊波,黃麗斌.  光學(xué)精密工程. 2013(12)
[5]高品質(zhì)因數(shù)微機(jī)械陀螺的溫度自補(bǔ)償[J]. 楊亮,蘇巖,裘安萍,夏國(guó)明.  光學(xué)精密工程. 2013(11)
[6]一種新型的硅微陀螺儀驅(qū)動(dòng)幅值檢測(cè)和控制方案(英文)[J]. 王曉雷,楊成,李宏生.  中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào). 2013(05)
[7]硅微陀螺儀閉環(huán)正交校正研究[J]. 王攀,黃麗斌,李宏生,倪云舫.  傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2013(03)
[8]微機(jī)械陀螺同步解調(diào)靈敏度分析[J]. 羅兵,張輝,吳美平.  中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào). 2010(02)
[9]一種靜電驅(qū)動(dòng)電容檢測(cè)的微機(jī)械陀螺及其工藝改進(jìn)[J]. 鄭旭東,胡世昌,張霞,金仲和,王躍林.  中國(guó)機(jī)械工程. 2009(18)
[10]基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MEMS陀螺溫度漂移建模[J]. 李冠中,王雷.  廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2008(04)

博士論文
[1]柵結(jié)構(gòu)微機(jī)械陀螺的高精度高穩(wěn)定性研究[D]. 馬威.浙江大學(xué) 2017
[2]線性調(diào)諧微機(jī)械陀螺驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)技術(shù)的研究[D]. 朱輝杰.浙江大學(xué) 2014
[3]基于滑膜阻尼效應(yīng)的音叉式微機(jī)械陀螺研究[D]. 陳永.中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所） 2004

碩士論文
[1]小型化高精度數(shù)字式微機(jī)械加速度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 朱忠益.浙江大學(xué) 2013
[2]硅微機(jī)械陀螺驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)研究[D]. 于化鵬.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2009



本文編號(hào)：3041222