基于隧道效應(yīng)的力平衡式MEMS陀螺儀的設(shè)計(jì)研究.pdf

1、通過(guò)充分調(diào)研和詳細(xì)分析目前國(guó)內(nèi)外硅微機(jī)械陀螺的研究狀況，當(dāng)前絕大多數(shù)硅微機(jī)械陀螺儀采用電容式傳感器檢測(cè)陀螺儀輸出信號(hào)，隨著陀螺儀表結(jié)構(gòu)尺寸極大縮小，傳統(tǒng)電容檢測(cè)技術(shù)的靈敏度和分辨率也大大降低，達(dá)到了檢測(cè)的極限狀態(tài)，檢測(cè)輸出信號(hào)的信噪比非常低，信號(hào)檢測(cè)電路和處理電路極為復(fù)雜。針對(duì)此現(xiàn)象，本論文提出了利用電極間的隧道效應(yīng)敏感陀螺輸出位移的微小變化，該陀螺采用正交式懸臂梁結(jié)構(gòu)，有效地抑制了機(jī)械耦合對(duì)器件造成的不良影響，其驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)模態(tài)諧振頻率

2、的精確匹配保證了陀螺較高的靈敏度。 論文首先介紹了隧道式微機(jī)械陀螺的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)，給出了微機(jī)械振動(dòng)式陀螺的動(dòng)力學(xué)方程，分析了陀螺的檢測(cè)靈敏度和工作帶寬，對(duì)微機(jī)械陀螺設(shè)計(jì)中所涉及的靜電驅(qū)動(dòng)和隧道電流檢測(cè)給予了簡(jiǎn)單的介紹，對(duì)微機(jī)械運(yùn)動(dòng)中受到的空氣阻尼問(wèn)題進(jìn)行了分析，并討論了微機(jī)械陀螺中的寄生Coriolis力和軸向加速度對(duì)角速度檢測(cè)的干擾等問(wèn)題。 提出了一種新型基于隧道電流檢測(cè)的正交梁式陀螺儀結(jié)構(gòu)，對(duì)陀螺的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行

3、了的分析，并系統(tǒng)分析了隧道陀螺的機(jī)械性能、結(jié)構(gòu)阻尼、靜電驅(qū)動(dòng)力和機(jī)械耦合誤差。通過(guò)理論計(jì)算和仿真分析提出了隧道式硅微機(jī)械陀螺的結(jié)構(gòu)參數(shù)，最終得到具有較高靈敏度的隧道式硅微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)。 本文結(jié)合加工單位的工藝特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了切實(shí)可行的工藝流程，并進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)，正在進(jìn)行隧道陀螺儀的加工。 最后，對(duì)隧道式硅微機(jī)械陀螺的反饋控制方法進(jìn)行了研究，分析了目前常見(jiàn)的幾種隧道電流檢測(cè)反饋控制電路，并在此基礎(chǔ)上對(duì)隧道電流檢測(cè)方法進(jìn)行了初步