硅微角振動(dòng)陀螺振動(dòng)靈敏度分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法.pdf

1、硅微陀螺儀是一類新型的MEMS慣性傳感器，以其體積小、成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)被重點(diǎn)關(guān)注，在軍事和民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著硅微陀螺儀的性能不斷提升，其應(yīng)用范圍變廣，應(yīng)用環(huán)境也更加苛刻。由于受到加工工藝的限制，對(duì)環(huán)境因素極為敏感，從而限制了高性能硅微陀螺儀的應(yīng)用場(chǎng)合。其中振動(dòng)是一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)境因素，因此提升硅微陀螺的抗振性能已成為業(yè)界的主要努力方向之一。
　　本文以提高硅微陀螺儀的抗振性能為目的，在充分研究了硅微角振動(dòng)陀螺的結(jié)構(gòu)特性

2、和工作原理的基礎(chǔ)上，對(duì)理想結(jié)構(gòu)和包括正交誤差與力不平衡等的加工誤差兩種情況進(jìn)行了詳細(xì)的振動(dòng)靈敏度理論分析。以隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)為原型，結(jié)合模型降階法和數(shù)值分析法，建立了角振動(dòng)陀螺機(jī)電一體系統(tǒng)振動(dòng)仿真模型，對(duì)陀螺的結(jié)構(gòu)和測(cè)控電路進(jìn)行了研究。同時(shí)考慮了角振動(dòng)陀螺封裝的隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)，確定了陀螺系統(tǒng)振動(dòng)激勵(lì)源?；谡駝?dòng)仿真系統(tǒng)模型，對(duì)陀螺對(duì)稱結(jié)構(gòu)和包括質(zhì)心偏移、電容極板偏移和電容間距不等等非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的情況進(jìn)行了振動(dòng)靈敏度仿真分析。
　　經(jīng)理論和

3、仿真分析發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)靈敏度主要與振動(dòng)強(qiáng)度、加工誤差和振動(dòng)模態(tài)頻率有關(guān)。其中從加工誤差的角度，質(zhì)心偏移是振動(dòng)靈敏度的主要來源；從振動(dòng)模態(tài)角度，沿敏感方向的振動(dòng)信號(hào)是振動(dòng)靈敏度的主要來源。因此從振動(dòng)模態(tài)的角度，對(duì)陀螺結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。
　　最后，通過角振動(dòng)陀螺隨機(jī)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明振動(dòng)靈敏度與振動(dòng)PSD近似線性關(guān)系；加工誤差越大，振動(dòng)靈敏度增長(zhǎng)越明顯，達(dá)到一定值會(huì)致使陀螺失效；同時(shí)優(yōu)化后的陀螺結(jié)構(gòu)相較于優(yōu)化前的結(jié)果，