雙解耦雙自由度微機械陀螺的設(shè)計與仿真.pdf

1、分析了當前國內(nèi)外微機械振動式陀螺的發(fā)展現(xiàn)狀，針對目前普遍采用的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點和缺點進行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了一種基于體硅工藝的雙自由度雙級解耦結(jié)構(gòu)的微機械振動式陀螺，并對該結(jié)構(gòu)陀螺的原理、特性、設(shè)計、工藝等方面進行了分析研究。
　　從理論上對雙級解耦原理做了分析，并針對雙自由度檢測方式重新列寫陀螺運動方程，針對該方程進行求解，并對解的特性做了相應(yīng)分析。設(shè)計陀螺結(jié)構(gòu)整體尺寸大約為4000μm×4800μm，結(jié)構(gòu)厚度為80μm，檢測質(zhì)量

2、塊尺寸約為1950μm×1510μm。采用有限元分析軟件對設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行了靜態(tài)、模態(tài)、抗過載、解耦性能等分析，得出相應(yīng)的陀螺結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過分析可知在陀螺工作狀態(tài)下，產(chǎn)生的耦合噪聲為輸出信號大小的1％，結(jié)構(gòu)在1000g的沖擊下，所受到的最大應(yīng)力為37.4MPa,遠小于硅材料的屈服強度。
　　針對雙自由度檢測的特點，采用方程等價性原理建立了陀螺電學(xué)模型，并采用該模型對雙自由度陀螺的瞬態(tài)特性做了相應(yīng)仿真。經(jīng)仿真可知在20V直流偏置和6V

3、交流峰峰值的驅(qū)動電壓下，驅(qū)動位移為0.8×m。并且，當輸入角510?速度幅值為1rad/s時，第一檢測質(zhì)量塊位移為0.3×m，第二檢測質(zhì)量塊位810?移約為1×m，陀螺對輸入信號的穩(wěn)定時間為0.35s。810?
　　根據(jù)雙自由度陀螺運動方程建立了陀螺的數(shù)學(xué)模型，并采用該模型進行陀螺模態(tài)特性的仿真。經(jīng)仿真可知陀螺的檢測帶寬可達500Hz，檢測模態(tài)將出現(xiàn)兩個峰值分別為9987rad/s和17810rad/s，以及一個極小值為2.042