一種梳狀振動(dòng)型微陀螺儀的研究.pdf

1、微陀螺儀是用于測(cè)量物體相對(duì)慣性空間轉(zhuǎn)動(dòng)的角度或角速度的傳感器裝置，其中硅微型振動(dòng)陀螺儀是隨著微電子技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展而研制出的一類新型角速率傳感器，它用微幅振動(dòng)代替高速旋轉(zhuǎn)，具有體積小，重量輕及成本低，可靠性高，易于批量生產(chǎn)和便于與電子線路集成等其它類型微陀螺儀無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此在軍民等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 本論文對(duì)梳狀靜電驅(qū)動(dòng)電容檢測(cè)的振動(dòng)式微陀螺儀進(jìn)行了研究，它的驅(qū)動(dòng)不受電容間隙限制，可以獲得較大的驅(qū)動(dòng)振幅，

2、且驅(qū)動(dòng)力與位移無關(guān)，品質(zhì)因子較高，信號(hào)處理電路易于實(shí)現(xiàn)，因此梳狀驅(qū)動(dòng)微機(jī)械陀螺儀是一種頗具吸引力的微振動(dòng)陀螺儀結(jié)構(gòu)。本論文共分六章，第一章介紹了MEMS的發(fā)展歷程及微陀螺儀的發(fā)展歷程，詳細(xì)介紹了微機(jī)械振動(dòng)式陀螺儀區(qū)別其它形式微陀螺儀的優(yōu)點(diǎn)。第二章介紹了MEMS制造技術(shù)及梳狀驅(qū)動(dòng)微機(jī)械陀螺儀的制作工藝。第三章分析了梳狀驅(qū)動(dòng)微機(jī)械陀螺儀的工作原理及其結(jié)構(gòu)圖，并且建立了數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出其運(yùn)動(dòng)微分方程，求出梳狀驅(qū)動(dòng)微機(jī)械陀螺儀的檢測(cè)位移，并分析

3、了微陀螺儀的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。第四章研究了梳狀振動(dòng)微機(jī)械陀螺儀靜電梳齒電容驅(qū)動(dòng)原理和電容檢測(cè)原理，求出了驅(qū)動(dòng)力及檢測(cè)靈敏度。提出了影響微陀螺儀性能的兩個(gè)重要指標(biāo)：檢測(cè)靈敏度和工作帶寬。并得出規(guī)律：要想提高微陀螺儀的靈敏度，必須使驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)固有模態(tài)有合適的偏差，這些為下文的仿真分析提供了理論依據(jù)。第五章基于Conventor軟件，對(duì)微機(jī)械梳狀陀螺儀固有特征頻率、各軸的靜態(tài)位移、吸合電壓、對(duì)梳齒施加直流偏置電壓后各軸的幅頻相頻特性及質(zhì)量塊的結(jié)構(gòu)對(duì)驅(qū)

4、動(dòng)和檢測(cè)頻率的影響等進(jìn)行了分析。選出了一組合適的懸臂梁參數(shù)，使微陀螺儀具有較高的靈敏度。基于Intellisuite軟件對(duì)各向異性刻蝕工藝進(jìn)行了仿真。通過設(shè)定腐蝕條件，軟件將顯示各晶向的腐蝕速率，由腐蝕速率和需要刻蝕的深度，可以計(jì)算出腐蝕時(shí)間，從而為實(shí)驗(yàn)提供理論基礎(chǔ)。第六章建立了梳狀驅(qū)動(dòng)微機(jī)械陀螺儀的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)電學(xué)模型。因?yàn)閮H有微機(jī)械陀螺器件是不能檢測(cè)角速度信號(hào)的，必須通過接口電路把陀螺的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并進(jìn)行處理，以此得到角速