本文關鍵詞：單芯片集成加速度計陀螺儀設計研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中北大學》 2006年

單芯片集成加速度計陀螺儀設計研究

唐軍  

【摘要】：在充分調研和分析國內外微機械慣性傳感器研究狀況的基礎上,針對目前組合式慣性測量組合中加速度計與陀螺儀組合體積大,安裝精度低,耦合誤差較大等缺點,本論文設計了單芯片集成加速度計陀螺儀,并對這一前沿性的研究課題進行了較為深入的分析和討論。 論文提出的單芯片微機械加速度計陀螺儀結構,利用同一質量塊,實現(xiàn)同方向上加速度和角速度的檢測。該結構采用靜電驅動、折疊梁支撐設計以及兩類慣性參量獨立的差分電容檢測方式,可以很好的抑制結構的交叉耦合以及兩類慣性參量之間的信息耦合,實現(xiàn)高的檢測精度。 針對加速度計陀螺儀的結構及工作原理建立了相應的動力學模型,并利用該模型對加速度計陀螺儀的角速度和加速度的動力學響應進行了分析和仿真。分析結果表明,所設計的加速度計陀螺儀可以很好的實現(xiàn)同方向上的加速度和角速度的檢測。 考慮加速度計陀螺儀作為多維力學傳感器,結構當中最主要的誤差是結構耦合誤差,論文對所設計結構的各種固有耦合誤差以及工藝誤差進行了建模分析,并對相應的解耦方法進行了研究。 對加速度計陀螺儀的關鍵結構進行了仿真計算和優(yōu)化設計,采用ANSYS的結構仿真分析模塊,實現(xiàn)了對結構的核心部件之一的彈簧梁支撐系統(tǒng)進行了尺寸優(yōu)化,使得結構在靈敏度和強度等方面都處于一個較優(yōu)的狀況,實現(xiàn)了結構的模態(tài)匹配;通過力電耦合分析,對結構的驅動和靜電檢測部分進行了分析和設計,得出了輸入信號與檢測電容之間的變化關系以及梳狀驅動器的驅動特性。 在考慮加速度計陀螺儀結構特性以及現(xiàn)有的加工工藝條件,論文設計出了一套適用于該結構的微機械表面加工工藝和相對應的工藝版圖。 初步探討了加速度計陀螺儀的信號檢測系統(tǒng),對加速度計陀螺儀的驅動以及微小電容檢測電路系統(tǒng)框圖進行了分析。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2006
【分類號】：TH703
【目錄】：

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