轉子式陀螺電極結構建模分析與檢測技術研究.pdf

1、隨著慣性器件的發(fā)展，世界范圍內展開了對于陀螺儀的研究。目前的轉子式微陀螺都存在著一定的問題，為了解決這些問題并獲得更高的精度，哈工大 MEMS中心提出了新型球碟-轉子式陀螺結構。在陀螺系統(tǒng)中，電容檢測部分直接決定了器件的性能。本文針對球碟-轉子式陀螺的檢測電極電容展開了研究，目的為了提升陀螺系統(tǒng)的性能，改善差分電容檢測結果的線性度和靈敏度。
　　本論文中討論了用電容變化表征轉子位置變化的適用條件及存在誤差。對存在輸入角速度轉子偏轉

2、時的檢測電容進行了數(shù)學建模。然后通過 Maxwell軟件對陀螺電極電容結構建模仿真，對影響差分電容檢測結果的因素進行了探討。針對電容的邊緣效應進行了分析，設計了增加保護極板的解決方案。接著設計分析了電容檢測方案，檢測電路主要包括電荷放大、差分放大、相敏解調和低通濾波幾部分。推導各部分電路的傳遞函數(shù)，結合有限元仿真得到的電容值，通過 Multisim軟件對電路進行仿真，模擬了存在輸入角速度時輸出電壓隨轉子偏轉而改變的電容檢測過程。最后對陀

3、螺電容檢測進行實驗測試，驗證之前分析的結果，并對結果進行處理。
　　在研究中發(fā)現(xiàn)，用電容表征位置變化在位移較小時誤差才較小。影響差分電容檢測結果的因素中，較大的極板間距可以獲得良好的線性度，但會以損失靈敏度為代價；電極中心角度和內外半徑直接影響了極板面積，綜合比較增大極板面積的參數(shù)選擇對于檢測結果更為有利；電極分配上，四電極方案相比于三、八電極方案更具優(yōu)勢，在完成信號檢測同時不會為信號處理增加額外的負擔。設計的保護電極結構有效的減