陀螺是測量運動載體旋轉(zhuǎn)角速度的儀器,是慣性導航系統(tǒng)中重要的組成部分,在軍用與民用領(lǐng)域都有廣泛的應用。微機械陀螺是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ耐勇?與傳統(tǒng)的陀螺相比,具有體積小、功耗低、集成度高、易于批量化生產(chǎn)等優(yōu)點,在航空航天、無人控制、消費電子等領(lǐng)域都有巨大的應用前景。國外對微機械陀螺研究起步較早,目前市面上已經(jīng)有高性能的微機械陀螺產(chǎn)品。但國外在微機械陀螺的產(chǎn)品與相關(guān)技術(shù)方面對我國嚴格控制,迫使我們必需研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能微機械陀螺產(chǎn)品,打破國外的壟斷與封鎖。因此,研制高性能的微機械陀螺具有重要的戰(zhàn)略意義。本實驗室針對蝶翼式硅微陀螺開展了多年的研究,取得了豐碩的成果。但目前所研制的蝶翼式硅微陀螺采用法向靜電力驅(qū)動,陀螺驅(qū)動模態(tài)的振動存在法向分量,使得驅(qū)動振幅與電容間隙互相制約,限制了性能的進一步提升�；谶@一問題,本文提出了一種切向靜電力驅(qū)動蝶翼式硅微陀螺結(jié)構(gòu),并對其工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工工藝與誤差分析等開展了研究,主要研究內(nèi)容如下:1、切向靜電力驅(qū)動蝶翼式硅微陀螺的基本工作原理。介紹了法向靜電力驅(qū)動蝶翼式硅微陀螺結(jié)構(gòu),結(jié)合靜電吸合效應,分析了驅(qū)動振幅與電容間隙的相互限制;研究了切向... 

【文章來源】：國防科技大學湖南省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：138 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景與研究意義
    1.2 國外研究綜述
        1.2.1 靜電力驅(qū)動方式研究
        1.2.2 加工工藝研究
    1.3 國內(nèi)研究綜述
        1.3.1 靜電力驅(qū)動方式研究
        1.3.2 加工工藝研究
    1.4 實驗室研究基礎(chǔ)
    1.5 論文主要研究內(nèi)容
第二章 切向靜電力驅(qū)動蝶翼式硅微陀螺基礎(chǔ)理論
    2.1 法向靜電力驅(qū)動蝶翼式硅微陀螺簡介
        2.1.1 結(jié)構(gòu)簡介
        2.1.2 存在不足
    2.2 切向靜電力驅(qū)動蝶翼式硅微陀螺工作原理
        2.2.1 平行板電容器靜電力分析
        2.2.2 總體結(jié)構(gòu)及工作模態(tài)
        2.2.3 敏感結(jié)構(gòu)力學特性分析
    2.3 切向靜電力驅(qū)動蝶翼式硅微陀螺動態(tài)特性分析
        2.3.1 電容靈敏度分析
        2.3.2 機械熱噪聲分析
    2.4 驅(qū)動控制與信號檢測方法
    2.5 本章小結(jié)
第三章 切向靜電力驅(qū)動蝶翼式硅微陀螺設(shè)計
    3.1 驅(qū)動梳齒設(shè)計
        3.1.1 驅(qū)動梳齒分布方式設(shè)計
        3.1.2 驅(qū)動梳齒長度設(shè)計
        3.1.3 驅(qū)動梳齒寬度設(shè)計
    3.2 敏感結(jié)構(gòu)關(guān)鍵尺寸設(shè)計
    3.3 驅(qū)動振幅分析
    3.4 基于TGV的三層全對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計
    3.5 本章小結(jié)
第四章 關(guān)鍵加工工藝研究
    4.1 硅敏感結(jié)構(gòu)加工工藝研究
        4.1.1 掩膜材料選取
        4.1.2 掩膜板設(shè)計
        4.1.3 刻蝕截止層材料選擇
        4.1.4 敏感結(jié)構(gòu)加工工藝流程
    4.2 TGV襯底加工工藝研究
        4.2.1 玻璃回流工藝
        4.2.2 硅深槽加工
        4.2.3 玻璃回流關(guān)鍵參數(shù)研究
        4.2.4 玻璃回流界面氣密性驗證
    4.3 圓片級封裝工藝研究
    4.4 本章小結(jié)
第五章 誤差分析與抑制
    5.1 硅敏感結(jié)構(gòu)加工誤差分析與抑制
        5.1.1 敏感結(jié)構(gòu)厚度誤差
        5.1.2 矩形梁尺寸誤差
        5.1.3 側(cè)壁陡直度誤差
        5.1.4 加工誤差抑制
    5.2 法向靜電力誤差分析與抑制
        5.2.1 “硅-電極”兩層結(jié)構(gòu)法向靜電力誤差來源
        5.2.2 鍵合對準誤差對陀螺輸出的影響
        5.2.3 三層全對稱結(jié)構(gòu)對法向靜電力誤差的抑制
    5.3 環(huán)境溫度誤差分析與抑制
        5.3.1 溫度誤差對陀螺靈敏度的影響
        5.3.2 靜電負剛度效應
        5.3.3 靜電負剛度效應對溫度誤差的抑制
    5.4 非線性誤差分析
    5.5 本章小結(jié)
第六章 切向靜電力驅(qū)動蝶翼式硅微陀螺性能測試
    6.1 器件級封裝陀螺性能測試
    6.2 圓片級真空封裝氣密性測試
    6.3 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 全文總結(jié)
    7.2 研究展望
致謝
參考文獻
作者在學期間取得的學術(shù)成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]An electrical-coupling-suppressing MEMS gyroscope with feed-forward coupling compensation and scalable fuzzy control[J]. Chunhua HE,Jimeng ZHANG,Qiancheng ZHAO,Qinwen HUANG,Zhenchuan YANG,Dacheng ZHANG,Guizhen YAN.  Science China（Information Sciences）. 2017(04)
[2]A novel robust design method for the sense mode of a MEMS vibratory gyroscope based on fuzzy reliability and Taguchi design[J]. HE ChunHua,ZHAO QianCheng,HUANG QinWen,LIN LongTao,YANG ZhenChuan,ZHANG DaCheng,YAN GuiZhen.  Science China（Technological Sciences）. 2017(02)
[3]慣性導航技術(shù)淺析[J]. 董進武.  儀表技術(shù). 2017(01)
[4]論混合式慣性導航系統(tǒng)[J]. 馮培德.  中國慣性技術(shù)學報. 2016(03)
[5]基于9DOF IMU的AUV慣性導航技術(shù)研究[J]. 楊磊,龐碩,楊耀民,景春雷,高偉,劉慶亮,馬俊.  計算機測量與控制. 2016(03)
[6]機載慣性導航技術(shù)綜述[J]. 雷宏杰,張亞崇.  航空精密制造技術(shù). 2016(01)
[7]基于MEMS技術(shù)的微型慣性導航系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 李榮冰,劉建業(yè),曾慶化,華冰.  中國慣性技術(shù)學報. 2004(06)

博士論文
[1]蝶翼式微陀螺零偏穩(wěn)定性提升關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 侯占強.國防科學技術(shù)大學 2012
[2]全對稱雙級解耦微機械振動式陀螺研究[D]. 陳宏.哈爾濱工業(yè)大學 2008
[3]靜電梳齒結(jié)構(gòu)的MEMS分析和優(yōu)化設(shè)計[D]. 李燕斌.華中科技大學 2008
[4]微結(jié)構(gòu)的靜電驅(qū)動特性研究[D]. 王洪喜.西安電子科技大學 2006

碩士論文
[1]梳齒式振動微機械諧振器的相關(guān)特性研究[D]. 許立.杭州電子科技大學 2010



本文編號：3165619