MEMS陀螺仪

摘要： 模态耦合是微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)陀螺仪的主要误差来源,针对这个问题,首先从建立陀螺的两自由度动力学模型入手,研究非理想模态耦合条件下的参数激励方法。然后,将多尺度法、龙格-库塔法(Runge-Kutta methods)和牛顿迭代法(Newton-Raphson method)等综合分析方法应用于该模型,表征模态耦合对参数驱动的影响。最终的仿真结果表明,通过适当调节参数激励的强度可以有效地放大两个模态的振动振幅,特别是当参数激励进入不稳定区域时效果更明显。而耦合项会引起微陀螺模态之间的能量传递,产生的影响是响应振幅会被修正,并且刚度耦合可以提升不稳定区的阈值,改变共振频率。这些结论有助于设计者改进和提高MEMS陀螺仪的设计及性能。

摘要： 针对MEMS陀螺仪因材质特性,制造工艺等差异导致输出数据受温度影响的问题。本文在传统温度误差补偿的基础上,提出将深度学习与神经网络相结合,通过LSTM神经网络进行温度误差补偿,从而减小温度变化引起的陀螺的温度漂移。分析了MEMS陀螺仪的温度特性,并在RNN神经网络模型的基础上,建立多层LSTM神经网络模型,利用基于ADAM的优化算法和时间反向传播BPTT算法对LSTM网络进行训练。将训练好的网络模型植入到STM32硬件中,进而实现对MEMS陀螺仪输出的实时温度补偿。实验表明,LSTM模型与RBF温度补偿模型相比,陀螺仪补偿后的零偏稳定性、零偏不稳定性和角度随机游走等性能指标,以及MAE、MSE、RMSE三个模型评价指标提高了90%以上。

摘要： 微机电系统(MEMS)陀螺仪作为平台姿态传感器,提供伺服闭环控制的反馈信息。因此陀螺仪良好工作,有益于稳定平台的精度。针对稳定平台在高冲击力条件下性能较差的问题,分析了MEMS陀螺仪输出信号的特点。基于MEMS陀螺仪工作原理,采用质量-弹簧-阻尼系统构建高冲击力条件下的数学模型,并提出了相应的动力学方程。通过求解相关方程,可以得到高冲击条件下MEMS陀螺仪输出的解析解。基于MEMS陀螺仪的力学特性,分析了解析解的瞬态和稳态特性。分析结果表明,在高冲击力条件下,MEMS陀螺仪输出的实际值与理论值并不一致。因此,它不能作为伺服闭环控制的反馈信息。为后续闭环控制方法提供了一些依据。

摘要： 微机电系统(MEMS)陀螺仪随机误差是影响惯性导航精度的关键因素,制约着惯性导航的发展。为改善MEMS陀螺仪性能,提高Allan方差辨识精度,通过改进Allan方差方法分析陀螺仪随机漂移误差,在此基础上,利用时间序列分析方法建立MEMS陀螺仪随机误差模型。结果表明,该方法计算简便,建模灵活,能够显著提高Allan方差计算精度和数据利用率,时间序列模型稳定性好,适用性强。

摘要： MEMS陀螺仪的振动环境性能是制约其应用的重要指标。针对MEMS音叉式陀螺仪,分析了检测电极在驱动运动作用下的变形对陀螺仪振动性能产生影响的机理。建立了振动环境中包含检测电极变形在内的误差信号模型,将误差信号的频率成分与角速率响应信号进行了对比分析。通过对检测质量的受力状态进行优化,降低了检测电极变形的有效值,将振动误差信号的幅度从25 dB降低到9 dB以下,大幅提升了MEMS陀螺仪的振动环境适应性。

摘要： 针对微机电系统(MEMS)陀螺仪易受影响且随机误差较大,导致建立模型不准确和测量精度低的问题,该文提出了一种改进的自适应卡尔曼滤波方法。首先建立ARMA模型,在传统卡尔曼算法中引入衰减系数以减小系统旧值的影响,同时引入基于系统新息突变的预测误差矩阵清除系统的突变值。使用Allan方差对原始陀螺仪数据和滤波后的陀螺仪数据进行分析对比。结果表明,实验所用陀螺仪的角度随机游走、零偏不稳定性和角速率随机游走至少小了1个数量级,标准差明显减小,这表明改进算法有效抑制了随机噪声,提高了MEMS的性能。

摘要： 在具备可测量角度功能的扭矩扳手的设计过程中,选用基于微机电系统(MEMS)陀螺仪来完成角度测算功能。随机噪声是影响MEMS陀螺仪精度的重要因素之一,为提高MEMS陀螺仪的测量精度,论文提出了一种改进小波阈值去噪法。该算法兼顾传统小波阈值去噪法中硬、软阈值函数的优点,引入可调节参数增强阈值函数的自适应性,选取了合适的小波基函数,确定最优分解层数。通过Matlab进行仿真,对比改进前后信号的信噪比(SNR)和均方根误差(RMSE)数据。实验结果验证了该方法可以削弱传统小波阈值函数带来的信号失真程度和信号振荡程度,提高MEMS陀螺仪输出数据的精度。

摘要： 为了提高微机电(MEMS)陀螺仪的测量精度,研究了一种同时标定陀螺非正交误差和加速度敏感漂移误差的标定方法。设计了16位置的转台标定方案,分别以地球自转角速率和重力加速度作为角速率和加速度激励源,利用两组角速率数据迭代求解非正交误差和加速度敏感漂移误差,并以陀螺仪对地球自转角速率的敏感误差作为校正效果的评估依据。试验结果表明,该方法能够有效校正MEMS陀螺仪的非正交误差和加速度敏感漂移误差,提高了陀螺仪的测量精度,且易于工程实现。

摘要： 越来越多的应用需要从处于高温环境中的传感器收集数据.相比同等的分立式传感器,MEMS通常更小巧,功耗和成本都更低.此外,它们还可以在同样大小的半导体封装内集成信号调理电路.除了可以提供高精度倾斜(倾角)测量,还需要更加灵活和自由,以准确测量系统在严苛环境应用下的移动,在这些环境下,最终产品可能遭受冲击、振动和剧烈移动.这种类型的滥用会导致系统过度磨损和提前出现故障,由此产生高额的维护或停机成本.为了满足这一需求,开发了一款集成信号调理功能的高温MEMS陀螺仪,此传感器即使在冲击和振动环境下也能实现准确的角速率(转速)测量,且额定工作温度高达175°C.

摘要： 针对MEMS陀螺仪测量精度低、随机噪声具有不确定性和非线性的问题,提出一种基于最大期望算法(Expectation maximum,EM)和极大后验估计(Maximum a posterion,MAP)的无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman filter,UKF)——EMMAP-UKF的陀螺噪声估计与滤波方法.根据极大后验估计原理,构造出一种次优无偏MAP噪声统计估计模型,并在此基础上引入最大期望算法将噪声估计问题转换为数学期望极大化问题,实现对观测噪声方差的动态调整,最终实现陀螺仪随机漂移误差的估计与滤波处理.最后通过Allan方差对陀螺噪声滤波方法的性能进行评估,通过半实物仿真验证了本方法的有效性.

摘要： 针对磁罗盘精度易受外界干扰的问题,利用MEMS陀螺仪信号不受磁场影响的特性,设计了MEMS陀螺仪/磁罗盘组合航向测量方法.在该方法中,首先利用无磁场干扰时准确的磁罗盘方位角对MEMS陀螺仪的输出误差进行估计并补偿,然后在有磁场干扰时利用补偿后的MEMS陀螺仪的信息对方位角进行修正,从而抑制了外部环境对磁罗盘定向的干扰.利用Matlab对这两种情形进行了仿真实验,实验结果表明利用MEMS陀螺仪与磁罗盘进行组合,可以有效抑制外界对方位角的干扰.

摘要： 针对磁罗盘精度易受外界干扰的问题,利用MEMS陀螺仪信号不受磁场影响的特性,设计了MEMS陀螺仪/磁罗盘组合航向测量方法.在该方法中,首先利用无磁场干扰时准确的磁罗盘方位角对MEMS陀螺仪的输出误差进行估计并补偿,然后在有磁场干扰时利用补偿后的MEMS陀螺仪的信息对方位角进行修正,从而抑制了外部环境对磁罗盘定向的干扰.利用Matlab对这两种情形进行了仿真实验,实验结果表明利用MEMS陀螺仪与磁罗盘进行组合,可以有效抑制外界对方位角的干扰.

摘要： 针对磁罗盘精度易受外界干扰的问题,利用MEMS陀螺仪信号不受磁场影响的特性,设计了MEMS陀螺仪/磁罗盘组合航向测量方法.在该方法中,首先利用无磁场干扰时准确的磁罗盘方位角对MEMS陀螺仪的输出误差进行估计并补偿,然后在有磁场干扰时利用补偿后的MEMS陀螺仪的信息对方位角进行修正,从而抑制了外部环境对磁罗盘定向的干扰.利用Matlab对这两种情形进行了仿真实验,实验结果表明利用MEMS陀螺仪与磁罗盘进行组合,可以有效抑制外界对方位角的干扰.

摘要： 针对磁罗盘精度易受外界干扰的问题,利用MEMS陀螺仪信号不受磁场影响的特性,设计了MEMS陀螺仪/磁罗盘组合航向测量方法.在该方法中,首先利用无磁场干扰时准确的磁罗盘方位角对MEMS陀螺仪的输出误差进行估计并补偿,然后在有磁场干扰时利用补偿后的MEMS陀螺仪的信息对方位角进行修正,从而抑制了外部环境对磁罗盘定向的干扰.利用Matlab对这两种情形进行了仿真实验,实验结果表明利用MEMS陀螺仪与磁罗盘进行组合,可以有效抑制外界对方位角的干扰.

摘要： 针对磁罗盘精度易受外界干扰的问题,利用MEMS陀螺仪信号不受磁场影响的特性,设计了MEMS陀螺仪/磁罗盘组合航向测量方法.在该方法中,首先利用无磁场干扰时准确的磁罗盘方位角对MEMS陀螺仪的输出误差进行估计并补偿,然后在有磁场干扰时利用补偿后的MEMS陀螺仪的信息对方位角进行修正,从而抑制了外部环境对磁罗盘定向的干扰.利用Matlab对这两种情形进行了仿真实验,实验结果表明利用MEMS陀螺仪与磁罗盘进行组合,可以有效抑制外界对方位角的干扰.

摘要： 本文介绍该装置为浅层VSP测井中探管方位信息检测提供了低成本的解决方案，它具有体积小、精度高、功耗低等特点。该装置的大小仅比探管内测量地震信息加速度MEMS传感器稍大，并且配置了IZC和USART接口，不仅可以方便地安装在内部空间有限的探管内，而且还可以方便地与单片机或者其他主控设备通信。另外，融合算法的加入使得测量的精度也足以满足系统的需求。

摘要： 本文介绍该装置为浅层VSP测井中探管方位信息检测提供了低成本的解决方案，它具有体积小、精度高、功耗低等特点。该装置的大小仅比探管内测量地震信息加速度MEMS传感器稍大，并且配置了IZC和USART接口，不仅可以方便地安装在内部空间有限的探管内，而且还可以方便地与单片机或者其他主控设备通信。另外，融合算法的加入使得测量的精度也足以满足系统的需求。

摘要： 本文介绍该装置为浅层VSP测井中探管方位信息检测提供了低成本的解决方案，它具有体积小、精度高、功耗低等特点。该装置的大小仅比探管内测量地震信息加速度MEMS传感器稍大，并且配置了IZC和USART接口，不仅可以方便地安装在内部空间有限的探管内，而且还可以方便地与单片机或者其他主控设备通信。另外，融合算法的加入使得测量的精度也足以满足系统的需求。

摘要： 本文介绍该装置为浅层VSP测井中探管方位信息检测提供了低成本的解决方案，它具有体积小、精度高、功耗低等特点。该装置的大小仅比探管内测量地震信息加速度MEMS传感器稍大，并且配置了IZC和USART接口，不仅可以方便地安装在内部空间有限的探管内，而且还可以方便地与单片机或者其他主控设备通信。另外，融合算法的加入使得测量的精度也足以满足系统的需求。

摘要： 传统陀螺仪测试方法,建立在小角度近似的基础上,用于MEMS陀螺仪刻度因子和安装误差的测试时,会产生很大的测量误差。本文通过研究测试时陀螺刻度因子与安装误差的耦合关系,提出了解耦测试原理,建立了严格的数学模型,实现了解耦。采用典型MEMS陀螺仪实验参数的仿真结果表明,该方法实现了测试参数的解耦,提高了精度,其测试精度小受安装误差大小的影响。本方法优于传统方法,尤其适用于大安装误差的MEMS陀螺仪。

摘要： 一种振动陀螺仪输出检测方法、振动陀螺仪单元、以及振动陀螺仪电路，用来以高灵敏度检测旋转角速度，包含：差分放大器电路(4)，用来输出根据振动陀螺仪(31)的两个检测部件的输出信号之间差异(Vgl-Vgr)的信号(Vda)；同步检测电路(5)，用来对差分放大器电路(4)的输出信号(Vda)进行同步检测；以及移相电路(3)，用来向同步检测电路(5)提供信号作为用于同步检测的时序信号(Vck)，该时序信号(Vck)相对于提供到振动陀螺仪(31)的驱动信号(Vsa)(相加电路(1)的输出信号)进行了移相；其中根据对于差分放大器电路(4)的输出信号(Vda)的检测灵敏度(S)的相位差特性，设置驱动信号(Vsa)与时序信号(Vck)之间的相位差(θps)，该相位差特性已在通过驱动振动陀螺仪(31)而施加旋转角速度的状态下获得。

摘要： MEMS陀螺仪包括以驱动频率驱动的悬挂弹簧质块系统的检测质块。在驱动运动期间，检测质块相对于感测电极移动，使得检测质块和感测电极的重叠变化。科里奥利力导致检测质块相对于感应电极移动。感测由于科里奥利力而引起的重叠和移动，并且基于由于重叠以及科里奥利力的变化而产生的信号的幅度来确定角速度。

摘要： 一种微机械检测结构(20)，包括：半导体材料的衬底(2)；驱动质量体布置(4a‑4c)，耦合至驱动电极集合(7a‑7c)并且在驱动电极集合的电偏置之后在驱动移动中被驱动；第一锚固单元(5a‑5c,6a‑6c)，耦合至驱动质量体布置以用于在第一锚固部(5a‑5c)处将驱动质量体布置弹性地耦合至衬底(2)；被驱动质量体布置(10,30)，通过耦合单元(22a‑22b)弹性地耦合至驱动质量体布置并且被设计为由驱动移动所驱动；以及第二锚固单元(14,34)，耦合至被驱动质量体布置以用于在第二锚固部(17,37)处将被驱动质量体布置弹性地耦合至衬底(2)。在驱动移动之后，在第一和第二锚固部处施加于衬底(2)上的力和扭矩的合量基本上为零。

摘要： 本发明公开了一种压电MEMS解耦结构及MEMS陀螺仪，该压电MEMS解耦结构，包括：一T型梁结构，包括一体化的横梁和纵梁，该T型梁结构自下而上依次包括：衬底、下电极层和压电材料层；第二上电极，作为检测电极，呈T型，位于T型梁结构之上，关于纵梁中心线对称；以及第一上电极和第三上电极，作为驱动电极，位于纵梁之上，对称分布于纵梁中心线两侧，与第二上电极位于纵梁上的部分相互独立。该解耦结构通过将其整体形状设置为一包含一体化横梁和纵梁的T型梁结构，并在该T型梁结构上设置关于纵梁中心线对称的T型检测电极和在纵梁上对称分布的两个驱动电极，实现了完全解耦，可有效提高陀螺仪的检测精度。

摘要： 本公开涉及驱动电路、用于驱动MEMS陀螺仪的方法和对应的MEMS陀螺仪。提供了一种用于基于科里奥利效应操作的微机电系统(MEMS)陀螺仪的驱动电路。驱动电路向MEMS陀螺仪的移动质量块提供驱动信号，以使移动质量块的驱动运动以振荡频率振荡。驱动电路包括：输入级，其接收表示驱动运动的至少一个电学量，并基于电学量产生驱动信号；测量级，其基于驱动信号测量驱动运动的振荡幅度；以及控制级，其基于振荡幅度的反馈控制产生驱动信号。测量级执行在其期间驱动信号与幅度阈值具有给定关系的时间间隔的测量，并测量作为时间间隔的函数的振荡幅度。

摘要： 本发明涉及一种动态标定陀螺仪的方法、装置和一种陀螺仪。用于动态标定微电子机械系统MEMS陀螺仪的方法包括下列步骤：为MEMS陀螺仪提供以下模型：，其中为车辆的角速度，A为第一比例尺，B为第二比例尺，D为陀螺原始输出的电压信号，陀螺零偏D0为陀螺静止时输出的电压信号；判断车辆处于静止状态还是非静止状态；以及当判断车辆达到非静止状态时，进行比例尺标定过程，在比例尺标定过程中根据、D和D0的改变而得到A和B。

摘要： 本发明涉及一种MEMS陀螺仪，其包括质量块，质量块的四角设置有弹性部件，弹性部件设置在所述质量块的对角线方向上，尤其是弹性部件的主形变方向大体上设置在质量块的对角线上，本发明通过将弹性部件设置在质量块的对角线方向上，从而使得质量块能够在X轴、Y轴以及对角线上较为灵活的移动；本发明还涉及一种电子设备，该电子设备应用本发明的陀螺仪进行位置感应、位移感应或者运动状态感应，从而获得更高的感应精度。

摘要： 一种振动陀螺仪输出检测方法、振动陀螺仪单元、以及振动陀螺仪电路，用来以高灵敏度检测旋转角速度，包含：差分放大器电路(4)，用来输出根据振动陀螺仪(31)的两个检测部件的输出信号之间差异(Vgl－Vgr)的信号(Vda)；同步检测电路(5)，用来对差分放大器电路(4)的输出信号(Vda)进行同步检测；以及移相电路(3)，用来向同步检测电路(5)提供信号作为用于同步检测的时序信号(Vck)，该时序信号(Vck)相对于提供到振动陀螺仪(31)的驱动信号(Vsa)(相加电路(1)的输出信号)进行了移相；其中根据对于差分放大器电路(4)的输出信号(Vda)的检测灵敏度(S)的相位差特性，设置驱动信号(Vsa)与时序信号(Vck)之间的相位差(θps)，该相位差特性已在通过驱动振动陀螺仪(31)而施加旋转角速度的状态下获得。

摘要： 本发明公开了一种压电MEMS解耦结构及MEMS陀螺仪，该压电MEMS解耦结构，包括：一T型梁结构，包括一体化的横梁和纵梁，该T型梁结构自下而上依次包括：衬底、下电极层和压电材料层；第二上电极，作为检测电极，呈T型，位于T型梁结构之上，关于纵梁中心线对称；以及第一上电极和第三上电极，作为驱动电极，位于纵梁之上，对称分布于纵梁中心线两侧，与第二上电极位于纵梁上的部分相互独立。该解耦结构通过将其整体形状设置为一包含一体化横梁和纵梁的T型梁结构，并在该T型梁结构上设置关于纵梁中心线对称的T型检测电极和在纵梁上对称分布的两个驱动电极，实现了完全解耦，可有效提高陀螺仪的检测精度。

摘要： 一种微机械检测结构(20)，包括：半导体材料的衬底(2)；驱动质量体布置(4a‑4c)，耦合至驱动电极集合(7a‑7c)并且在驱动电极集合的电偏置之后在驱动移动中被驱动；第一锚固单元(5a‑5c,6a‑6c)，耦合至驱动质量体布置以用于在第一锚固部(5a‑5c)处将驱动质量体布置弹性地耦合至衬底(2)；被驱动质量体布置(10,30)，通过耦合单元(22a‑22b)弹性地耦合至驱动质量体布置并且被设计为由驱动移动所驱动；以及第二锚固单元(14,34)，耦合至被驱动质量体布置以用于在第二锚固部(17,37)处将被驱动质量体布置弹性地耦合至衬底(2)。在驱动移动之后，在第一和第二锚固部处施加于衬底(2)上的力和扭矩的合量基本上为零。