本文關(guān)鍵詞：MEMS角振動陀螺的結(jié)構(gòu)建模與仿真分析

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【摘要】：作為MEMS技術(shù)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域,MEMS陀螺以其低成本、體積小、可靠性高、功耗低等優(yōu)點,已廣泛應(yīng)用于汽車、電子以及航空航天等各個領(lǐng)域,是各國關(guān)注的重點研究技術(shù)之一。鑒于上述背景,本文設(shè)計了一種抗過載、高靈敏度、100Hz帶寬的角振動陀螺結(jié)構(gòu),理論分析了該結(jié)構(gòu)的驅(qū)動力矩和科氏力矩,建立了陀螺兩工作模態(tài)的動力學(xué)方程,得到了機(jī)械靈敏度、帶寬的解析表達(dá)式。分析了陀螺兩工作模態(tài)的氣體阻尼,并從熱彈性損耗的角度分析了硅基諧振陀螺高Q值的實現(xiàn)方式。其次,基于ANSYS有限元仿真分析技術(shù),完成了陀螺的模態(tài)分析、熱彈性阻尼分析、滑膜和壓膜阻尼分析、抗過載分析以及驅(qū)動幅度分析。仿真結(jié)果表明,設(shè)計的結(jié)構(gòu)滿足帶寬的設(shè)計目標(biāo),在高真空度下具備高Q值的實現(xiàn)可能,且具有在無保護(hù)裝置下抗高過載的能力。通過與實驗數(shù)據(jù)對比,驗證了陀螺Q值和抗過載能力的仿真結(jié)果。最后,基于層合理論建立了角振動陀螺封裝的解析模型,計算了熱應(yīng)力導(dǎo)致的芯片彎曲及其曲率半徑。在此基礎(chǔ)上,從工藝中鍵合誤差的角度,建立了基于熱應(yīng)力和鍵合誤差的零偏溫度特性的解析計算模型,解釋了角振動陀螺的零偏溫度特性。通過與三個批次陀螺實驗數(shù)據(jù)的對比,驗證了該計算模型,并給出了封裝的定量優(yōu)化。
【關(guān)鍵詞】：MEMS陀螺 有限元分析 抗過載 層合模型
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH824.3
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• abstract5-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 論文的研究背景和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究概述10-14
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容14-15
• 第二章 角振動陀螺設(shè)計基礎(chǔ)15-29
• 2.1 科氏效應(yīng)15-16
• 2.2 工作原理16-19
• 2.2.1 驅(qū)動力矩17-19
• 2.2.2 科氏力矩19
• 2.3 角振動陀螺動力學(xué)分析19-22
• 2.4 阻尼分析22-28
• 2.4.1 氣體阻尼流場模型22-24
• 2.4.2 滑膜阻尼24-26
• 2.4.3 壓膜阻尼26-27
• 2.4.4 熱彈性阻尼27-28
• 2.5 小結(jié)28-29
• 第三章 角振動陀螺的結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真29-44
• 3.1 角振動陀螺的整體設(shè)計方案29-31
• 3.2 有限元簡介31-32
• 3.3 模態(tài)仿真分析32-34
• 3.4 阻尼分析34-42
• 3.4.1 熱彈性阻尼仿真分析34-37
• 3.4.2 滑膜阻尼分析37-39
• 3.4.3 壓膜阻尼分析39-41
• 3.4.4 Q值的實驗對比41-42
• 3.5 驅(qū)動幅度與靈敏度分析42-43
• 3.6 小結(jié)43-44
• 第四章 角振動陀螺過載分析44-52
• 4.1 沖擊動力學(xué)基礎(chǔ)44-46
• 4.2 沖擊過載的靜力等效46-48
• 4.3 硅材料的強(qiáng)度48-49
• 4.4 過載靜力學(xué)仿真49-50
• 4.5 抗過載實驗驗證50-51
• 4.6 小結(jié)51-52
• 第五章 角振動陀螺零偏溫度特性分析52-61
• 5.1 層合模型52-55
• 5.2 鍵合誤差對零偏溫度特性的影響55-59
• 5.3 零偏溫度特性的改善59-60
• 5.4 小結(jié)60-61
• 第六章 總結(jié)與展望61-62
• 6.1 總結(jié)61
• 6.2 展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-65
• 發(fā)表論文、專利情況65-66
• 附錄66-68
• 致謝68-69

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本文編號：914145