微機電陀螺在軍用和民用領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用,廣泛應(yīng)用于消費電子、汽車安全和慣性導航等。本論文以本實驗室研制的蝶翼式微陀螺為研究基礎(chǔ),設(shè)計了一種新型耦合機構(gòu)來連接兩個單獨的蝶翼式敏感結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了雙蝶翼式敏感結(jié)構(gòu)微機電陀螺原理樣機制作,并圍繞雙蝶翼式敏感結(jié)構(gòu)微陀螺的結(jié)構(gòu)特點、加工工藝和測控電路展開了研究。主要內(nèi)容包括:1、對國內(nèi)外高性能陀螺進行了調(diào)研,給出了傳統(tǒng)蝶翼式陀螺的改進方向,即全對稱結(jié)構(gòu)、多敏感質(zhì)量塊,多次差分。2、分析了哥氏力的產(chǎn)生與角振動陀螺的工作原理。對傳統(tǒng)蝶翼式陀螺、切向力驅(qū)動蝶翼式陀螺、雙蝶翼式敏感結(jié)構(gòu)微陀螺的總體結(jié)構(gòu)與工作原理分別進行了介紹,并著重分析了耦合連接機構(gòu)的特性,研究了耦合機構(gòu)對陀螺模態(tài)的影響,發(fā)現(xiàn)耦合機構(gòu)能夠增大同相運動模態(tài)頻率,減小反相運動模態(tài)頻率;最后推導了微陀螺所受到的切向驅(qū)動力矩與哥氏力矩,建立了雙蝶翼式敏感結(jié)構(gòu)微陀螺的動力學方程,得到了機械靈敏度的表達式;3、圍繞雙蝶翼式敏感結(jié)構(gòu)微陀螺的矩形截面的結(jié)構(gòu)特點,確定了使用深反應(yīng)離子刻蝕（DRIE）進行硅結(jié)構(gòu)的加工。分析介紹了DRIE工藝以及其存在的“負載效應(yīng)”和“凹槽效應(yīng)”,然后分別圍繞這兩個問題確定了... 

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 論文研究背景與意義
    1.2 微陀螺的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 論文主要內(nèi)容
第二章 雙蝶翼式敏感結(jié)構(gòu)微機電陀螺設(shè)計與分析
    2.1 陀螺總體結(jié)構(gòu)及原理分析
        2.1.1 振動式微陀螺的基本原理
        2.1.2 傳統(tǒng)的法向靜電力驅(qū)動的蝶翼式微陀螺單元結(jié)構(gòu)
        2.1.3 切向靜電力驅(qū)動的蝶翼式微陀螺
        2.1.4 雙蝶翼式敏感結(jié)構(gòu)微陀螺
    2.2 陀螺結(jié)構(gòu)分析
        2.2.1 耦合機構(gòu)特性
        2.2.2 陀螺模態(tài)分析
        2.2.3 耦合機構(gòu)對陀螺模態(tài)頻率的影響
    2.3 陀螺模態(tài)頻率理論分析
        2.3.1 驅(qū)動模態(tài)頻率
        2.3.2 檢測模態(tài)頻率
    2.4 陀螺動態(tài)特性分析
        2.4.1 驅(qū)動力矩與哥氏力矩
        2.4.2 陀螺的動態(tài)特性
    2.5 本章小結(jié)
第三章 雙蝶翼式敏感結(jié)構(gòu)微陀螺加工工藝研究
    3.1 雙蝶翼式敏感結(jié)構(gòu)微陀螺加工工藝簡介
        3.1.1 整體工藝流程
        3.1.2 硅的刻蝕方法
    3.2 硅敏感結(jié)構(gòu)的加工工藝
        3.2.1 掩膜材料的選擇
        3.2.2 掩膜版的設(shè)計
        3.2.3 底膜材料的選擇
        3.2.4 加工工藝流程
        3.2.5 敏感結(jié)構(gòu)關(guān)鍵尺寸測量
    3.3 玻璃電極加工與陽極鍵合工藝
        3.3.1 玻璃電極加工工藝
        3.3.2 陽極鍵合
    3.4 真空封裝技術(shù)
    3.5 本章小結(jié)
第四章 陀螺測控電路研究
    4.1 陀螺微弱電容檢測方法研究
        4.1.1 常用檢測電路分析
        4.1.2 基于反相雙高頻載波的微弱電容檢測技術(shù)
        4.1.3 陀螺相位關(guān)系
    4.2 微陀螺驅(qū)動控制方法
    4.3 角速度信號的檢測方法
    4.4 利用電路參數(shù)計算陀螺實際參數(shù)變化
    4.5 本章小結(jié)
第五章 陀螺的性能測試
    5.1 陀螺靜態(tài)電容測試
    5.2 模態(tài)測試
        5.2.1 驅(qū)動模態(tài)測試
        5.2.2 檢測模態(tài)測試
    5.3 標度因數(shù)測試
    5.4 零偏穩(wěn)定性測試
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 工作展望
致謝
參考文獻
作者在學期間取得的學術(shù)成果
    (一)學術(shù)論文
    (二)參與的科研項目


【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種基于MEMS傳感器的無人飛艇航姿測量系統(tǒng)[J]. 胡少興,劉東昌,張愛武,朱煜坤.  傳感器與微系統(tǒng). 2014(03)
[2]硅微振動陀螺儀設(shè)計與性能測試[J]. 賈方秀,裘安萍,施芹,蘇巖.  光學精密工程. 2013(05)
[3]MEMS微陀螺儀研究進展[J]. 成宇翔,張衛(wèi)平,陳文元,崔峰,劉武,吳校生.  微納電子技術(shù). 2011(05)
[4]基于科氏加速度的微陀螺[J]. 劉凱,張衛(wèi)平,陳文元,李凱,肖奇軍,馬高印.  壓電與聲光. 2010(03)
[5]MEMS慣性儀表技術(shù)發(fā)展趨勢[J]. 王巍,何勝.  導彈與航天運載技術(shù). 2009(03)
[6]國外MEMS技術(shù)的現(xiàn)狀及其在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用[J]. 亢春梅,曹金名,劉光輝.  傳感器技術(shù). 2002(06)

博士論文
[1]蝶翼式硅微陀螺靜電力控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 蘇劍彬.國防科學技術(shù)大學 2013
[2]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

碩士論文
[1]單片三軸微加速度計結(jié)構(gòu)設(shè)計與加工工藝優(yōu)化[D]. 李青松.國防科學技術(shù)大學 2014
[2]高靈敏度蝶翼式微陀螺結(jié)構(gòu)設(shè)計與加工工藝[D]. 曹世杰.國防科學技術(shù)大學 2014
[3]四葉片微陀螺結(jié)構(gòu)設(shè)計與加工工藝研究[D]. 周澤龍.國防科學技術(shù)大學 2011



本文編號：3728666