微陀螺

摘要： 以一类典型的静电驱动梳齿型微机械陀螺动力学模型为研究对象,首先,建立微陀螺结构的二自由度振动模型,并考虑微陀螺结构的实际情况对该模型进行一定的简化;其次,通过多尺度法得到主共振条件下周期解的解析形式及其稳定性,结合数值模拟系统的动力学响应,揭示系统参数影响驱动方向和检测方向的振幅和分岔行为的机制。研究结果表明,激励频率的变化容易引起微陀螺振动系统的多稳态现象及振幅跳跃等复杂动力学行为。此外,通过引入独立参数,将无扰动系统的异宿轨道进行精确的解析表达,进而运用Melnikov方法预测微结构的异宿分岔必要条件,从而获得引起微结构吸合不稳定的驱动电压临界幅值,发现时滞位置反馈控制能够有效抑制该类微陀螺结构的振动跳跃和吸合不稳定等复杂动力学行为。研究结果在微惯性传感器的设计与优化控制有潜在应用价值。

摘要： 为揭示静电力非线性及刚度非线性综合作用下多自由度微陀螺的静态特性,以一类四自由度静电驱动微机械陀螺为研究对象,用Hamilton原理分析了微陀螺在静电力及刚度非线性综合作用下的静态性.系统静态特性对偏置电压的敏感性随着刚度非线性的加强而增加,随着直流偏置电压的增大,非零非稳定平衡点逐渐向零稳定平衡点靠近,同速轨道消失异速轨道转化为同速轨道,当直流偏置电压超过某一临界值时整个相空间中均为不稳定流形,吸合行为发生.

摘要： 由陀螺谐振频率变化引起的陀螺灵敏度漂移和测量稳定性下降是进一步提升微陀螺性能需要解决的问题,文中提出一种基于自动增益控制和锁相环的双闭环驱动回路方法.研究了隧道磁阻微陀螺的幅频和相频特性,并利用Simulink搭建了陀螺驱动模态以及自动增益控制和锁相环双闭环控制系统模型.结果表明,当驱动模态的幅值和微陀螺的固有频率发生变化时,采用双闭环驱动电路系统可以实现恒幅控制和频率的实时跟踪,达到稳态的振荡时间在ms量级,远小于传统闭环驱动电路的响应时间,这一方法将对进一步提高微陀螺测量稳定性和高灵敏度起到关键性的作用.

摘要： 为了研制具有高灵敏度的微机械陀螺,需要对陀螺的驱动/检测模态品质因数以及谐振频率进行实时测试.传统的扫频测试方法测试效率低,操作与实现较复杂,因此需要设计具有高效率、可自动化的微机械陀螺性能测试系统以满足测试需求.文中设计了一种基于FP GA的微机械陀螺频响特性测试系统,通过直接数字频率合成器(DDS)产生扫频信号来驱动陀螺,利用锁相放大原理实现幅值的解调与放大,在上位机实时显示频响特性曲线,并自动显示驱动/检测模态的品质因数和谐振频率大小,极大地提高了测试效率.

摘要： 微机械陀螺的核心技术是微弱柯氏力的检测,而常规的微弱柯氏力检测水平已达到极限.本文设计了一款新颖的基于隧道磁阻效应检测的面内微陀螺结构,利用隧道磁阻效应的高灵敏特性来实现微弱柯氏力的高灵敏检测.阐述了隧道磁阻微陀螺的工作原理,分析了微陀螺的动力学方程,完成了微陀螺结构设计、工艺加工及测试.测试结果表明:微陀螺驱动方向和检测方向谐振频率分别为6 853 Hz和6 854 Hz,与理论仿真基本一致;微陀螺驱动方向Q值为571.1,检测方向Q值为527.3,结构灵敏度为15.3nm/°/s.

摘要： 为了兼顾微陀螺的灵敏度和带宽,实现其性能优化,将特征提取、响应面法与遗传算法相结合,提出了一种基于灵敏度和带宽最优化的优化设计方法.该方法基于特征提取确定设计变量及约束条件.通过BBD( Box-Behnken Design)方法采样,结合最小二乘法构建微陀螺灵敏度和带宽的响应面近似模型,运用多目标遗传算法对响应面模型进行优化.通过计算Pareto前沿最优解获得一系列优化方案,可同时将灵敏度和带宽分别提升19%和12%,也可在灵敏度不变的前提将带宽拓展78%,可根据实际需要选择不同的优化方案.对原设计和优化方案进行仿真对比,验证了优化设计结果的正确性.采用该方法对多自由度微陀螺的性能进行分析和优化,能在大大提高优化效率的同时有效提高灵敏度与带宽,为微陀螺的优化设计提供一种新思路.

摘要： 微纳加工技术与振动惯性技术的结合使惯性仪表技术发生了重大的变革,拓展了惯性技术在军用和民用领域的应用。高性能微惯性器件对军事装备和国民经济的发展起着越来越大的作用。该文基于美国国防高级研究计划局(DARPA)近年来在微惯性传感器技术领域的资助项目,综合研究了微机电系统(MEMS)谐振陀螺、微光学陀螺(MOG)、声表面波(SAW)陀螺等微惯性传感器技术及微惯性测量单元的最新发展现状,并对其发展面临的技术挑战进行了详细地分析与评述。

摘要： Under the machining deviation,in order to study the effect of the microgyroscope drivingmicrobeam Shape Variation on orthogonal coupling Error,modal coupling and detection Signal. The finite element analysis model of the driving microbeam under the diagonal beam width error is established,the influence of the variation of the length of one end of U-beam on the orthogonal coupling error,modal coupling and detection signal of micro-gyroscope is provided by combining the method of elemental simulation and analytic calculation. It is found that when the beam length of one end of U-beam is about one half of the length of the other end,this kind of machining deviation will cause very serious orthogonal coupling error and modal coupling phenomenon,and it have great influence on the de-tection signal. When the U-beam is degraded into a straight beam or an equal length beam,the interference of the detection signal is very small,the orthogonal coupling error is zero,the modal coupling degree is the smallest,and the variation rule of the two is positively correlated. Increasing the frequency spacing between the driving mode and detecting mode of the single degree of freedom microgyroscope. Not only adding the bandwidth of microgyroscope, but also reducing the influence of coupling.%为研究微陀螺驱动微梁在加工误差下的微梁形状变化对正交耦合误差、模态耦合以及检测信号的影响,建立了驱动微梁在对角线梁宽误差下的有限元分析模型,采用有限元仿真分析和解析计算相结合的方法研究了U型梁一端梁长的变化对微陀螺正交耦合误差、模态耦合以及检测信号的影响.研究发现,当U型梁一端的梁长为另一端长度的二分之一左右时该类加工误差会引发非常严重的正交耦合误差和模态耦合现象,并对检测信号产生极大影响;当U型梁退化为直梁或者为等长梁的时候,对检测信号的干扰很小、正交耦合误差为零、模态耦合程度最小,而且两者的变化规律呈现正相关.适当地加大单自由度微陀螺驱动模态和检测模态的频率差不仅可增加微陀螺的带宽还可减小耦合的影响.

摘要： 建立了3类微梁加工误差的有限元分析模型,采用有限元分析的方法研究了3种不同类型的梁宽误差对微陀螺固有频率、模态和检测信号的影响.研究发现:驱动微梁尺寸的加工误差不仅会影响到驱动模态的固有频率,同时也会对检测模态的固有频率产生影响;同一对角线上微梁尺寸相同的加工误差会引起微陀螺驱动模态及检测模态的耦合,并给出了模态耦合的特征,且耦合程度随梁宽误差的加大而增加;同一侧梁宽相同及只一根微梁梁宽存在加工误差时的模态耦合可以忽略;模态耦合会对微陀螺的检测信号产生严重的干扰,干扰程度与模态耦合程度正相关.

摘要： 振动式微陀螺具有体积小、功耗低、价格便宜等特点，在近程制导武器、稳定平台、汽车安全、消费电子等军用和民用领域具有广泛的应用前景。振动式微陀螺利用哥氏力效应检测输入角速度，它有两个正交的工作模态，即驱动模态和检测模态，其测量灵敏度与驱动模态振动幅值成正比。为提高测量灵敏度，通常要对微陀螺进行真空封装，提高驱动模态的Q值。然而，真空封装后，微陀螺检测模态Q值也很大，使得微陀螺检测模态自由响应的持续时间很长，甚至可能导致检测模态产生自激振荡，严重影响微陀螺的动态性能，因此，必须对高Q值微陀螺的检测模态进行闭环控制。文献介绍了振动式微陀螺测控电路的实现方式，其中对驱动模态进行了闭环控制，而检测模态均为开环工作状态。本文设计了一种采用速度反馈的检测模态闭环控制方案。并对闭环控制效果进行了实验验证。

摘要： 在振动式微陀螺的工作过程中,角速率将导致检测轴振动对驱动轴振动的耦合,使驱动轴振动随着角速率的改变而改变,这必将影响微陀螺的测量线性度和测量精度.为此,在驱动回路中加入一个可调增益环节,接合适当的增益调整算法,保证驱动轴振动幅值恒定.本文讨论用自动增益控制使微陀螺驱动轴振动幅值保持恒定的方法,推导其自适应控制律,并且对该控制律的正确性和可行性进行仿真验证.仿真结果表明,自动增益控制律使微陀螺驱动轴振动幅值基本保持恒定,显著地提高了微陀螺的测量线性度.

摘要： 利用二组数个独特的平面线圈产生的电磁感应力和静电驱动力,能使微小转子浮起与稳定,并借助于移相电路使转子转动,加上集成在二组平面线圈之间的4个电容传感电极构成了悬浮转子二自由度微陀螺.本文作者阐述了该微陀螺的原理、构成及难点.

摘要： 本文从理论上探讨了微弱信号数字检测技术中数模转换器的两种采样方式--整周期采样和非整周期采样对检测目标信号精度的影响,并仿真分析了某微机械陀螺仪调制信号解调的过程,显示了数字处理技术的优越性.

摘要： 结合微陀螺的设计,提出了一种新的"Top-down"集成设计方法,并研究了从MEMS器件的三维实体模型自动生成二维版图文件的关键技术,从而实现"Top-down"集成设计过程.

摘要： 介绍了一种电磁驱动电容检测微机械陀螺的结构和工作原理.该陀螺的突出优点在于驱动和检测采用了相互独立的折叠梁和振动质量,减小了驱动和检测间的耦合,有利于获得较大的工作带宽.本文从理论上分析了折叠梁结构参数对力学性能的影响,用ANSYS进行了验证.并在SOI基片制作了陀螺的微机械结构.

摘要： 介绍了一种电磁驱动电容检测微机械陀螺的结构和工作原理.该陀螺的突出优点在于驱动和检测采用了相互独立的折叠梁和振动质量,减小了驱动和检测间的耦合,有利于获得较大的工作带宽.本文从理论上分析了折叠梁结构参数对力学性能的影响,用ANSYS进行了验证.并在SOI基片制作了陀螺的微机械结构.

摘要： 介绍了一种电磁驱动电容检测微机械陀螺的结构和工作原理.该陀螺的突出优点在于驱动和检测采用了相互独立的折叠梁和振动质量,减小了驱动和检测间的耦合,有利于获得较大的工作带宽.本文从理论上分析了折叠梁结构参数对力学性能的影响,用ANSYS进行了验证.并在SOI基片制作了陀螺的微机械结构.

摘要： 本文介绍了一种振梁式硅微机械角速度传感器的结构和原理,在分析单晶硅结晶学特性的基础上,重点探讨了单晶硅垂直深槽刻蚀技术,在(110)单晶硅刻蚀出了宽度小于50微米、深度大于350微米的深槽,在此基础上完成了振梁式硅微机械角速度传感器芯片的制作.

摘要： 本文介绍了一种振梁式硅微机械角速度传感器的结构和原理,在分析单晶硅结晶学特性的基础上,重点探讨了单晶硅垂直深槽刻蚀技术,在(110)单晶硅刻蚀出了宽度小于50微米、深度大于350微米的深槽,在此基础上完成了振梁式硅微机械角速度传感器芯片的制作.

摘要： 本发明属于微壳体陀螺领域，具体是涉及到一种微壳体陀螺振子，包括壳体和金属膜，壳体包括相互连接的圆筒形壳壁和圆盘形壳底，壳底中心朝向壳壁一侧凸伸设置有凸台，壳底至凸台中心设置有凹槽，金属膜至少覆盖壳底的底面和凹槽的表面，本发明陀螺振子的壳底为平面结构，且镀上金属膜，壳底整个平面部分通过静电驱动变形产生驻波模态，可大幅提高驱动/检测电极面积，提高灵敏度和输出信噪比。另外，壳壁上无需镀金属膜，金属膜的面积相对于常规半圆形结构陀螺振子金属膜面积大大的减少，进而有效降低了金属膜的阻尼和应力影响，对提升结构品质因数具有显著作用，因而具有更高的精度潜力。以此实现在提高输出信噪比的同时具有极高的品质因数潜力。

摘要： 本发明涉及微机电系统制造技术领域，特别涉及一种曲面电极的微半球陀螺结构及其制备方法；所述方法包括对微半球谐振子的外表面镀膜，对微半球曲面电极的内外表面镀膜并喷涂光刻胶；采用含光学透镜结构的光刻板与微半球曲面电极的内表面对准，光刻显影并使曲面结构的光刻胶图形化；以光刻胶为掩膜使微半球曲面电极上的金属膜图形化，形成激励检测电极、屏蔽电极、锚点电极；将微半球谐振子与微半球曲面电极同轴对准，将谐振子锚点与曲面电极锚点固化导通，将曲面电极外沿基准面固定在缓冲板上，形成具有曲面电极的微半球陀螺结构；本发明可以有效降低曲面电极制作的工艺难度与成本，且具备更好的热适配性能。

摘要： 本发明提供了一种基于双螺旋四端口微纳光纤谐振腔的光学陀螺，包括可调谐激光器、隔离器、偏振控制器、1#分束器、1#移频器、2#移频器、双螺旋四端口微纳光纤谐振腔、2#分束器、3#分束器、合束器、1#移频器控制模块、2#移频器控制模块、光电探测器、锁相放大器和解调模块。本发明利用具有高品质因子、制备简单的双螺旋四端口微纳光纤谐振腔作为光学陀螺的核心传感单元，保证了陀螺系统的高精度、低成本和小型化。同时，得益于双螺旋四端口微纳光纤谐振腔透射型谐振光谱的传输特性，本系统结合外差拍频检测的信号处理方案，在保证系统高精度和稳定性的同时，降低了谐振式光学陀螺对于激光器超窄线宽的要求，进一步缩减了系统的成本。

摘要： 本发明公开一种硅微陀螺的振动梁制备方法、硅微陀螺及硅敏感结构制备方法，其中振动梁包括梁本体，所述梁本体其中一个侧面沿深度方向开设有凹槽，所述凹槽具有两侧面，所述凹槽沿所述梁本体的长度方向设置。解决现有技术中加工误差影响较大，加工工艺控制难度大，很难保证加工精度问题，实现灵活设计主轴方位角的同时便于加工控制、容差能力高、加工质量高、鲁棒性好。

摘要： 本发明涉及一种用于确定绕Z轴线转速的微陀螺仪，具有基底和第一和第二传感器装置，每个传感器装置包括至少一个平行于基底的驱动模块；至少一个锚固件，驱动模块借助于其与基底相连；至少一个锚固件与驱动模块之间的锚固弹簧，驱动模块借助于其沿X轴线方向能够线性移位地且沿Y轴线和Z轴线方向不动地安装；驱动元件，驱动模块借助于其能够沿X轴线方向振荡驱动；至少一个传感器模块，传感器模块借助于弹簧连至驱动模块，以使传感器模块沿Y方向能够移位地且沿X方向和Z方向不动地连至驱动模块；以及用于检测传感器模块Y轴线方向偏转的传感元件。两个传感器装置彼此平行且在Z轴线方向彼此上下安置，第一和第二驱动模块借助于连接弹簧相连。

摘要： 本发明公开了一种基于光学微腔的全解耦环形微陀螺仪及其加工方法，微陀螺仪由上至下包括盖帽和晶圆，所述晶圆包括上层的器件层和下层的衬底层，器件层设有若干电极、谐振子、第一光学微腔、第二光学微腔、第一光波导和第二光波导，所述电极与谐振子内壁相邻，构成电容，第一光波导和第二光波导对称分布于谐振子两侧，第一光学微腔和第二光学微腔分别与第一光波导和第二光波导相邻，且第一光学微腔和第二光学微腔均与谐振子相连。本发明采用光学检测方案，相比传统的微机电陀螺仪，该陀螺仪的可靠性和测量精度都可以达到一个更高的水平。

摘要： 本发明涉及一种用于确定绕Z轴线转速的微陀螺仪，具有基底和第一和第二传感器装置，每个传感器装置包括至少一个平行于基底的驱动模块；至少一个锚固件，驱动模块借助于其与基底相连；至少一个锚固件与驱动模块之间的锚固弹簧，驱动模块借助于其沿X轴线方向能够线性移位地且沿Y轴线和Z轴线方向不动地安装；驱动元件，驱动模块借助于其能够沿X轴线方向振荡驱动；至少一个传感器模块，传感器模块借助于弹簧连至驱动模块，以使传感器模块沿Y方向能够移位地且沿X方向和Z方向不动地连至驱动模块；以及用于检测传感器模块Y轴线方向偏转的传感元件。两个传感器装置彼此平行且在Z轴线方向彼此上下安置，第一和第二驱动模块借助于连接弹簧相连。

摘要： 本发明公开了一种基于光学微腔的全解耦环形微陀螺仪及其加工方法，微陀螺仪由上至下包括盖帽和晶圆，所述晶圆包括上层的器件层和下层的衬底层，器件层设有若干电极、谐振子、第一光学微腔、第二光学微腔、第一光波导和第二光波导，所述电极与谐振子内壁相邻，构成电容，第一光波导和第二光波导对称分布于谐振子两侧，第一光学微腔和第二光学微腔分别与第一光波导和第二光波导相邻，且第一光学微腔和第二光学微腔均与谐振子相连。本发明采用光学检测方案，相比传统的微机电陀螺仪，该陀螺仪的可靠性和测量精度都可以达到一个更高的水平。

摘要： 本发明涉及Z轴陀螺仪，具体是一种四质量的Z轴陀螺仪，每个质量块均为双解耦结构。本发明解决了现有音叉式Z轴陀螺仪振动噪声大的问题。一种四质量双解耦的Z轴硅微陀螺仪，包括玻璃基底、玻璃盖帽、四个驱动模块、四个复合质量块、一个检测模块、两组杠杆式连接梁、两组几字型连接梁；所述四个驱动模块的每个驱动模块包括一个半框驱动质量块、四个锚块、四根驱动梁、四根解耦梁、若干驱动梳齿电容；所述检测模块包括框架式检测质量块、两组检测梳齿电容、四根斜L型解耦梁、四根检测弹性支撑梁、两个锚块；所述两组杠杆式连接梁、每组包含一根杠杆，中心弹性支撑梁一根，弹性支撑梁两根。本发明适用于导航制导、无人机姿态控制等应用领域。

摘要： 本发明属于传感器领域，公开了一种基于视觉检测的双质量微陀螺不对称误差辨识方法，包括如下步骤：(1)获得包含完整双质量微陀螺的图像；(2)在所述图像中框选出双质量微陀螺，并采用两种不同的图像分割方法对所述图像分别进行分割；(3)比对所述分割后的图像，辨识出整体微陀螺的不对称误差；(4)对于所述图像中因分辨率低而无法辨识的陀螺微结构区域，建立位置映射关系，逐一获取放大后的微结构图像并进行图像比对，进一步辨识出微结构的不对称误差。本发明方法可直接、快速、准确地辨识出双质量微陀螺的不对称误差，辨识结果可应用于对陀螺微结构的激光修调等。