硅微陀螺環(huán)境適應(yīng)性封裝技術(shù)研究.pdf

1、研發(fā)高性能硅微機(jī)電陀螺，對(duì)于增強(qiáng)國(guó)防實(shí)力提高綜合國(guó)力具有非常重要的意義。而目前我國(guó)研制的微機(jī)電陀螺在工程化應(yīng)用方面還有較大差距，究其主要原因是由于微陀螺的穩(wěn)定性和可靠性達(dá)不到應(yīng)用的要求。本文以蝶翼式微陀螺為研究對(duì)象，圍繞復(fù)雜外界環(huán)境對(duì)微陀螺性能的影響機(jī)理及環(huán)境適應(yīng)性改善等開(kāi)展研究，重點(diǎn)解決了芯片級(jí)溫度閉環(huán)控制和敏感結(jié)構(gòu)振動(dòng)隔離等關(guān)鍵問(wèn)題。
　　1、簡(jiǎn)要介紹了蝶翼式微陀螺的總體結(jié)構(gòu)和工作原理，研究了環(huán)境溫度變化對(duì)硅微陀螺主要特性的影

2、響規(guī)律。通過(guò)理論分析研究了硅微陀螺驅(qū)動(dòng)頻率與溫度的關(guān)系，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到驅(qū)動(dòng)頻率在全溫區(qū)（-40℃~60℃）范圍內(nèi)變化了23.65Hz零偏輸出值在?40℃內(nèi)變化了2.43°/s。
　　2、建立了微陀螺等效振動(dòng)模型，通過(guò)有限元仿真分析了振動(dòng)沖擊對(duì)微陀螺關(guān)鍵參數(shù)的影響。蝶翼式硅微陀螺采用 Z軸向的面外電容檢測(cè)方式，Z軸向極易受到外界振動(dòng)干擾。通過(guò) ANSYS對(duì)微陀螺敏感硅結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的位移及應(yīng)變進(jìn)行仿真，得到了 Z軸向振動(dòng)對(duì)電容間隙的

3、影響，并從理論上定量分析了振動(dòng)對(duì)微陀螺接口電容輸出值的影響。
　　3、設(shè)計(jì)了蝶翼式硅微陀螺的芯片級(jí)溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)。通過(guò)內(nèi)置的溫度傳感器實(shí)時(shí)獲得封裝內(nèi)部微陀螺的溫度參數(shù)，利用PID控制實(shí)時(shí)調(diào)控芯片底部的TEC熱電制冷器達(dá)到設(shè)定溫度，使硅微陀螺的溫度性能得到有效的改善，測(cè)試結(jié)果表明微陀螺的零偏溫度靈敏度在原來(lái)的基礎(chǔ)上降低了38％。
　　4、基于振動(dòng)機(jī)沖擊對(duì)微陀螺性能的影響規(guī)律，針對(duì)特定的性能指標(biāo)設(shè)計(jì)了一種“轎子型”減振結(jié)構(gòu)，通