雙質(zhì)量硅微機(jī)械陀螺儀設(shè)計(jì)理論及方法研究.pdf

1、硅微機(jī)械陀螺儀是一種測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的慣性傳感器，與傳統(tǒng)的機(jī)電類陀螺和光電類陀螺相比，具有體積小、成本低、重量輕、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在軍民兩用領(lǐng)域有著重要的使用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景?；谀壳暗脑O(shè)計(jì)和加工水平，國(guó)內(nèi)硅微陀螺儀的研究進(jìn)展相對(duì)較慢，主要以單質(zhì)量的結(jié)構(gòu)樣機(jī)為主。單質(zhì)量硅微陀螺儀容易受到軸向加速度的干擾，環(huán)境適應(yīng)性差。從工程使用的實(shí)際角度考慮需設(shè)計(jì)雙質(zhì)量的結(jié)構(gòu)。由于機(jī)械加工的非理想因素，驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測(cè)模態(tài)會(huì)產(chǎn)生能量耦合，影響硅微機(jī)械陀

2、螺儀的性能，因此研究解耦的雙質(zhì)量硅微陀螺是提高硅微陀螺儀性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　 論文以提高硅微陀螺儀性能為目的，對(duì)雙質(zhì)量硅微陀螺儀以及解耦的結(jié)構(gòu)和方法進(jìn)行了深入的分析和研究。論文的主要工作如下:
　　 (1)對(duì)目前國(guó)內(nèi)外雙質(zhì)量硅微陀螺儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)解耦的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了概述，分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　 (2)對(duì)雙質(zhì)量硅微陀螺儀進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析，推導(dǎo)了驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)簡(jiǎn)化模型的振動(dòng)頻率公式。探討了軸向加速度對(duì)單質(zhì)量和

3、雙質(zhì)量硅微陀螺儀影響的實(shí)際效果。
　　 (3)對(duì)結(jié)構(gòu)解耦的方法進(jìn)行了分析，全解耦的結(jié)構(gòu)可以有效降低由加工誤差導(dǎo)致的干擾信號(hào)的影響，提高硅微陀螺儀的信噪比。推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)全解耦的雙質(zhì)量微陀螺動(dòng)力學(xué)方程，提出了提高全解耦微陀螺靈敏度需要注意的幾個(gè)方面。
　　 (4)設(shè)計(jì)了一種新型的全解耦雙質(zhì)量硅微陀螺儀的結(jié)構(gòu)，利用有限元軟件ANSYS進(jìn)行了模態(tài)仿真分析，仿真結(jié)果表明該全解耦雙質(zhì)量硅微陀螺儀滿足全解耦以及模態(tài)頻率匹配的要求。對(duì)設(shè)計(jì)

4、的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加工和真空封裝，研制出了樣機(jī)。
　　 (5)探討了影響雙質(zhì)量硅微陀螺儀性能指標(biāo)的正交耦合誤差、偏移耦合誤差、熱噪聲等誤差產(chǎn)生的原因以及抑制或消除這些誤差所采取的措施。對(duì)加工誤差進(jìn)行了理論分析，并分別對(duì)幾種情況進(jìn)行了仿真研究。對(duì)負(fù)剛度效應(yīng)對(duì)硅微陀螺儀的影響作了相關(guān)理論和仿真探討。
　　 (6)利用ANSYS軟件對(duì)雙質(zhì)量硅微陀螺儀的應(yīng)力場(chǎng)和諧響應(yīng)特性進(jìn)行了相關(guān)仿真，指出了提高微陀螺抗沖擊能力的技術(shù)途徑，為提高硅微