隨著微機(jī)械電子系統(tǒng)(MEMS)的迅猛發(fā)展,MEMS陀螺已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天、慣性導(dǎo)航、智能電子、汽車安全等軍用和民用領(lǐng)域。蝶翼式MEMS陀螺具備易于加工、靈敏度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),逐步成為MEMS陀螺領(lǐng)域的重要研究方向。小型化設(shè)計(jì)對于蝶翼式MEMS陀螺縮小體積、降低成本和功耗、提升產(chǎn)量至關(guān)重要,但是由于陀螺整體尺寸的減小,非線性振動和模態(tài)耦合現(xiàn)象凸顯。陀螺工作模態(tài)的非線性振動將導(dǎo)致固有頻率發(fā)生較大幅度漂移,限制了陀螺機(jī)械靈敏度的進(jìn)一步提升,抑制陀螺各工作模態(tài)的非線性振動成為進(jìn)一步提升機(jī)械靈敏度的關(guān)鍵。模態(tài)耦合是指兩個振動模態(tài)在某一振動模態(tài)下的振動輸入導(dǎo)致另一振動模態(tài)下的響應(yīng)。一方面,陀螺工作模態(tài)之間的耦合需要進(jìn)行抑制,因?yàn)檫@種耦合效應(yīng)導(dǎo)致陀螺檢測的正交誤差;另一方面,巧妙利用陀螺非工作模態(tài)與工作模態(tài)之間的耦合進(jìn)行邊帶激勵可以有效改善陀螺的動態(tài)特性。但目前對于MEMS陀螺非線性振動及模態(tài)耦合的研究鮮有報(bào)道。因此本文首先設(shè)計(jì)并加工了一種小型化蝶翼式MEMS陀螺,其次分析了各工作模態(tài)非線性振動特性,提出了從陀螺設(shè)計(jì)的角度抑制工作模態(tài)非線性振動的方法,然后研究了工作模態(tài)之間的耦合機(jī)理,提... 

【文章來源】：國防科技大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

典型軍事應(yīng)用

Draper研制

國防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文第3頁(a)框架式結(jié)構(gòu)陀螺(b)調(diào)制音叉式陀螺圖1.2Draper研制的MEMS陀螺國外較早開始關(guān)于MEMS陀螺的研究。國外對于MEMS陀螺的研究目標(biāo)是達(dá)到導(dǎo)航級精度，進(jìn)而取代傳統(tǒng)陀螺。近年來Boeing研制了一種MEMS盤形陀螺[11]，如圖1.3所示，其硅敏感結(jié)構(gòu)為多個輻條相連的同心環(huán)結(jié)構(gòu)，具有頻率裂解孝品質(zhì)因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。該MEMS陀螺具備導(dǎo)航級檢測精度，其艾倫方差零偏穩(wěn)定性為0.012°/h，角度隨機(jī)游走為0.0033°/√h，標(biāo)度因數(shù)非線性為10ppm，帶寬為100Hz，量程為±700°/s。(a)結(jié)構(gòu)示意圖(b)結(jié)構(gòu)實(shí)物圖(c)具有溫控功能的封裝圖1.3Boeing盤形陀螺(a)四質(zhì)量塊陀螺示意圖(b)四質(zhì)量塊陀螺實(shí)物圖圖1.4UCI四質(zhì)量塊陀螺加州大學(xué)歐文分校（UCI）研制了一種MEMS四質(zhì)量塊陀螺[12-13]，如圖1.4所示。硅敏感結(jié)構(gòu)為雙差分對稱四質(zhì)量塊，通過優(yōu)化連接各個質(zhì)量塊之間的梁結(jié)構(gòu)，使陀螺的驅(qū)動模態(tài)為差分運(yùn)動模態(tài)，可以大幅度提高陀螺的信噪比。同時，該陀螺具備極高的品質(zhì)因子（百萬級別）和較大的振動幅值。其艾倫方差零偏穩(wěn)定性為0.09°/h，標(biāo)度因數(shù)非線性為10ppm，其量程為±18000°/s。SensoNor研制了一種集中質(zhì)量式MEMS陀螺[14]，如圖1.5所示。其采用雙耦合差分敏感質(zhì)量塊和雙面TGV襯底，從而大幅度提升器件的信噪比。其零偏穩(wěn)定性為0.04°/h，角度隨機(jī)游走為0.002°/√h，標(biāo)度因數(shù)非線性為±300ppm，量程為

【參考文獻(xiàn)】：
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(jì)與性能測試[J]. 賈方秀,裘安萍,施芹,蘇巖.  光學(xué)精密工程. 2013(05)
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博士論文
[1]切向靜電力驅(qū)動蝶翼式硅微陀螺設(shè)計(jì)理論與加工工藝研究[D]. 李文印.國防科技大學(xué) 2018
[2]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(xué)技術(shù)大學(xué) 2013
[3]半球諧振陀螺誤差建模補(bǔ)償與力平衡控制方法研究[D]. 王旭.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2012

碩士論文
[1]圓柱殼體振動陀螺阻尼不均勻性分析及其修調(diào)方法研究[D]. 孫江坤.國防科技大學(xué) 2017
[2]雙蝶翼式敏感結(jié)構(gòu)微機(jī)電陀螺關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 徐向明.國防科技大學(xué) 2017



本文編號：2916930