單芯片集成加速度計(jì)陀螺儀設(shè)計(jì)研究.pdf

1、在充分調(diào)研和分析國內(nèi)外微機(jī)械慣性傳感器研究狀況的基礎(chǔ)上，針對目前組合式慣性測量組合中加速度計(jì)與陀螺儀組合體積大，安裝精度低，耦合誤差較大等缺點(diǎn)，本論文設(shè)計(jì)了單芯片集成加速度計(jì)陀螺儀，并對這一前沿性的研究課題進(jìn)行了較為深入的分析和討論。 論文提出的單芯片微機(jī)械加速度計(jì)陀螺儀結(jié)構(gòu)，利用同一質(zhì)量塊，實(shí)現(xiàn)同方向上加速度和角速度的檢測。該結(jié)構(gòu)采用靜電驅(qū)動(dòng)、折疊梁支撐設(shè)計(jì)以及兩類慣性參量獨(dú)立的差分電容檢測方式，可以很好的抑制結(jié)構(gòu)的交叉耦合以

2、及兩類慣性參量之間的信息耦合，實(shí)現(xiàn)高的檢測精度。 針對加速度計(jì)陀螺儀的結(jié)構(gòu)及工作原理建立了相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型，并利用該模型對加速度計(jì)陀螺儀的角速度和加速度的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了分析和仿真。分析結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的加速度計(jì)陀螺儀可以很好的實(shí)現(xiàn)同方向上的加速度和角速度的檢測。 考慮加速度計(jì)陀螺儀作為多維力學(xué)傳感器，結(jié)構(gòu)當(dāng)中最主要的誤差是結(jié)構(gòu)耦合誤差，論文對所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的各種固有耦合誤差以及工藝誤差進(jìn)行了建模分析，并對相應(yīng)的解耦方法進(jìn)行

3、了研究。 對加速度計(jì)陀螺儀的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用ANSYS的結(jié)構(gòu)仿真分析模塊，實(shí)現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)的核心部件之一的彈簧梁支撐系統(tǒng)進(jìn)行了尺寸優(yōu)化，使得結(jié)構(gòu)在靈敏度和強(qiáng)度等方面都處于一個(gè)較優(yōu)的狀況，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的模態(tài)匹配；通過力電耦合分析，對結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)和靜電檢測部分進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，得出了輸入信號與檢測電容之間的變化關(guān)系以及梳狀驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)特性。 在考慮加速度計(jì)陀螺儀結(jié)構(gòu)特性以及現(xiàn)有的加工工藝條件，論文設(shè)計(jì)出了一套適