梳狀音叉雙線振動硅微機械陀螺儀的技術研究.pdf

1、目前廣泛運用于慣性導航技術領域的傳統(tǒng)機械式陀螺儀和光學式陀螺儀，雖然它們的精度高而且制造及運用技術成熟，但都有著體積大和重量大的缺點，極大地限制了它們在微型化場合的運用，與當前微型化發(fā)展潮流相悖。隨著20世紀八九十年代MEMS技術的發(fā)展，一種利用MEMS加工技術開發(fā)的微機械陀螺儀得到了迅猛發(fā)展。微機械陀螺儀具有微型化、集成化、動態(tài)性能好、能耗低、易于數(shù)字化和智能化、可靠性高、壽命長等諸多優(yōu)點，解決了傳統(tǒng)機械式陀螺儀和光學式陀螺儀無法在微

2、型化場合應用的難題，對慣性導航技術有極大的需求的商業(yè)和軍事應用領域有著舉足輕重的意義和價值。
　　微機械陀螺儀的精度參數(shù)通常由漂移率和分辨率進行標定。雖然微機械陀螺儀微機械陀螺儀相對傳統(tǒng)機械式陀螺儀和光學式陀螺儀有諸多優(yōu)點，但目前國內(nèi)外的研究機構開發(fā)出的絕大部分微機械陀螺儀漂移率和分辨率精度性能只達到了速率級別應用要求，限制了它們在需要高精度的慣性級別應用場合的使用。因此，提高微機械陀螺儀漂移率和分辨率性能成了國內(nèi)外研發(fā)機構開發(fā)微

3、機械陀螺儀的首要目標。為了解決微機械陀螺儀儀漂移率和分辨率精度性能低下的問題，本文在總結前人成果的基礎上，特別是在美國佐治亞理工學院開發(fā)的一款微機械陀螺儀的基礎上，開發(fā)出了一種梳狀音叉雙線振動微機械陀螺儀結構。
　　該梳狀音叉雙線振動微機械陀螺儀結構采用了對稱型雙折疊梁作為彈性支撐梁，對結構的驅(qū)動模態(tài)和檢測模態(tài)起到了解耦作用；同時，該結構對驅(qū)動梳齒采用了獨特的隔離設計，能夠極大的降低驅(qū)動信號對檢測信號的正交干擾。通過解耦和隔離設計

4、，可以極大的降低微機械陀螺儀正交誤差，從而提高陀螺儀的漂移率精度。通過對彈性支撐梁的各個幾何參數(shù)進行優(yōu)化設計，該微機械陀螺儀具有高品質(zhì)因素的良好特性，從而為提高陀螺儀的分辨率打下了基礎。
　　本文通過有限元分析軟件 ANSYS對梳狀音叉雙線振動微機械陀螺儀結構的設計方案的優(yōu)越性進行了分析驗證。通過解耦有限元分析，驗證采用折疊梁設計使系統(tǒng)驅(qū)動模態(tài)和檢測模態(tài)間的耦合作用降到了1.9％以下；通過隔離有限元分析，驗證經(jīng)過隔離設計以后，驅(qū)動