基于非諧振原理的硅微機(jī)械陀螺儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究.pdf

1、硅微機(jī)械陀螺儀具有體積小、質(zhì)量輕、成本低等特點(diǎn)，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。在硅微機(jī)械陀螺儀的研究中，陀螺儀靈敏度和分辨率的提高始終是人們追求的主要目標(biāo)。本論文針對(duì)一種新型的基于非諧振原理的硅微機(jī)械陀螺儀進(jìn)行研究，主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 1)介紹了傳統(tǒng)硅微機(jī)械陀螺儀的基本工作原理，并對(duì)陀螺儀中的空氣阻尼問(wèn)題進(jìn)行了分析，最后指出了傳統(tǒng)硅微機(jī)械陀螺儀存在的問(wèn)題：①頻率的跳動(dòng)對(duì)陀螺儀的性能影響較大。當(dāng)驅(qū)動(dòng)模態(tài)頻率和檢測(cè)模態(tài)頻率之間

2、有10﹪的誤差時(shí)，陀螺儀的靈敏度下降為原來(lái)的5.3﹪。因此要提高陀螺儀的靈敏度就需要驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)模態(tài)的固有頻率盡量匹配；②Q值對(duì)陀螺儀性能的影響。Q值越高，陀螺儀的靈敏度越高，但是當(dāng)驅(qū)動(dòng)模態(tài)頻率和檢測(cè)模態(tài)頻率之間產(chǎn)生偏差時(shí)，Q值越高，靈敏度越低；兩者之間存在矛盾，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須通過(guò)分析取其最優(yōu)值；③驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測(cè)模態(tài)之間的耦合。傳統(tǒng)微機(jī)械陀螺儀由于采用單一的質(zhì)量塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)，其間必然存在驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測(cè)模態(tài)之間的耦合，這對(duì)陀螺儀的性能

3、也具有重要的影響。 2)提出了一種適應(yīng)國(guó)內(nèi)加工條件的基于非諧振原理的硅微機(jī)械陀螺儀，介紹了其工作原理，并建立了力學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)方程。推導(dǎo)了驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測(cè)模態(tài)的頻率理論計(jì)算公式以及結(jié)構(gòu)中的阻尼公式，接著從加工尺寸、壓力變化、溫度變化三個(gè)方面對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)靈敏度分析，并與傳統(tǒng)硅微機(jī)械陀螺儀進(jìn)行了比較。討論了動(dòng)力學(xué)方程中的誤差項(xiàng)，并且介紹了陀螺儀的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算公式，對(duì)整體陀螺儀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)匹配設(shè)計(jì)，最后運(yùn)用ANSYS對(duì)陀螺儀進(jìn)

4、行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，驗(yàn)證了理論計(jì)算的正確性。 3)介紹了體硅薄片融解工藝和．DDSOG工藝，比較了這兩種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。介紹了殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理和理論分析公式，并從殘余應(yīng)力和靈敏度等方面分析了工藝的不同對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響，最后對(duì)兩種工藝加工的陀螺儀進(jìn)行了測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用DDSOG工藝加工后的結(jié)構(gòu)性能比以前提高了近10倍。 4)對(duì)基于非諧振檢測(cè)原理的硅微機(jī)械陀螺儀樣品進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為：本文設(shè)計(jì)的陀螺儀在大氣壓