陀螺儀是智能系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分之一,它能夠測量運(yùn)動載體相對于慣性空間旋轉(zhuǎn)角速度運(yùn)動參數(shù),被廣泛的應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。MEMS微陀螺具有尺寸小、可靠性高、功耗低、成本低、易于批量制造等優(yōu)勢,特別適用于需求量大、追求成本低的應(yīng)用領(lǐng)域,因而受到了各國的高度重視。本論文以蝶翼式微陀螺作為研究對象,為提高陀螺性能并適應(yīng)大尺寸圓片級真空封裝批量化工藝,對其結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行小型化改進(jìn)設(shè)計。論文從動力學(xué)理論分析、非線性振動系統(tǒng)理論建模、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、容差能力分析、正交誤差控制等方面開展了研究,主要研究內(nèi)容如下:1、以圓片級真空封裝蝶翼式微陀螺為研究對象,完成了蝶翼式微陀螺敏感結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化設(shè)計,闡述了蝶翼式微陀螺敏感結(jié)構(gòu)的工作原理,建立了蝶翼式微陀螺關(guān)于驅(qū)動振動幅值和靈敏度等主要參數(shù)的理論模型;在此基礎(chǔ)上,獲得了蝶翼式微陀螺的理論性能參數(shù),為后續(xù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計建立了設(shè)計目標(biāo);介紹了陀螺非線性振動系統(tǒng)原理,并建立了蝶翼式微陀螺驅(qū)動模態(tài)和檢測模態(tài)的非線性理論模型。2、對蝶翼式微陀螺的振動梁進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計和容差能力分析。蝶翼式微陀螺的整體尺寸縮減5.6倍,導(dǎo)致振動梁對工藝誤差更加敏感。論文研究了蝶翼式微陀螺加工... 

【文章來源】：國防科技大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：142 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

微陀螺的高、中、低應(yīng)用領(lǐng)域及其不同的特點(diǎn)MEMS微陀螺有別于其他類型的陀螺，其最顯著的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在小體積和低功耗

國防科技大學(xué)研究生院博士學(xué)位論文第19頁圖1.36東南大學(xué)的解耦音叉陀螺南京理工大學(xué)發(fā)布了一種雙質(zhì)量塊音叉陀螺，他們建立了加工工藝誤差導(dǎo)致陀螺發(fā)生模態(tài)耦合現(xiàn)象的理論模型，深入研究了陀螺非線性特性和溫度變化之間的影響關(guān)系。為降低噪聲與ASIC芯片實現(xiàn)集成，該陀螺的制備工藝過程中采用圓片級封裝。陀螺樣機(jī)測試得到Allan方差零偏不穩(wěn)定性達(dá)到0.18o/h，帶寬大于200Hz，量程為±300o/s，標(biāo)度因數(shù)非線性為136.6ppm[96-98]。圖1.37南京理工大學(xué)的雙質(zhì)量塊音叉陀螺西安工業(yè)大學(xué)以一種Z軸線振動式微陀螺作為研究對象，重點(diǎn)分析了工藝允差問題。首先分析了無缺陷理想狀態(tài)下，陀螺的動力學(xué)模型和動力學(xué)方程，計算了陀螺模態(tài)的位移幅值、模態(tài)Q值、機(jī)械靈敏度和工作帶寬等；之后，對加工工藝中導(dǎo)致的陀螺質(zhì)心移位、梳齒刻蝕尺寸誤差、梁尺寸誤差、熱應(yīng)力變形誤差進(jìn)行分析，理論分析各工藝誤差對陀螺性能的影響，提出了具體的工藝允差范圍[99]。(a)Z軸線振動式陀螺結(jié)構(gòu)(b)微梳齒的電鏡圖圖1.38西安工業(yè)大學(xué)的一種Z軸線振動式微陀螺

國防科技大學(xué)研究生院博士學(xué)位論文第19頁圖1.36東南大學(xué)的解耦音叉陀螺南京理工大學(xué)發(fā)布了一種雙質(zhì)量塊音叉陀螺，他們建立了加工工藝誤差導(dǎo)致陀螺發(fā)生模態(tài)耦合現(xiàn)象的理論模型，深入研究了陀螺非線性特性和溫度變化之間的影響關(guān)系。為降低噪聲與ASIC芯片實現(xiàn)集成，該陀螺的制備工藝過程中采用圓片級封裝。陀螺樣機(jī)測試得到Allan方差零偏不穩(wěn)定性達(dá)到0.18o/h，帶寬大于200Hz，量程為±300o/s，標(biāo)度因數(shù)非線性為136.6ppm[96-98]。圖1.37南京理工大學(xué)的雙質(zhì)量塊音叉陀螺西安工業(yè)大學(xué)以一種Z軸線振動式微陀螺作為研究對象，重點(diǎn)分析了工藝允差問題。首先分析了無缺陷理想狀態(tài)下，陀螺的動力學(xué)模型和動力學(xué)方程，計算了陀螺模態(tài)的位移幅值、模態(tài)Q值、機(jī)械靈敏度和工作帶寬等；之后，對加工工藝中導(dǎo)致的陀螺質(zhì)心移位、梳齒刻蝕尺寸誤差、梁尺寸誤差、熱應(yīng)力變形誤差進(jìn)行分析，理論分析各工藝誤差對陀螺性能的影響，提出了具體的工藝允差范圍[99]。(a)Z軸線振動式陀螺結(jié)構(gòu)(b)微梳齒的電鏡圖圖1.38西安工業(yè)大學(xué)的一種Z軸線振動式微陀螺

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]慣性導(dǎo)航技術(shù)淺析[J]. 董進(jìn)武.  儀表技術(shù). 2017(01)
[2]論混合式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)[J]. 馮培德.  中國慣性技術(shù)學(xué)報. 2016(03)
[3]基于9DOF IMU的AUV慣性導(dǎo)航技術(shù)研究[J]. 楊磊,龐碩,楊耀民,景春雷,高偉,劉慶亮,馬俊.  計算機(jī)測量與控制. 2016(03)
[4]機(jī)載慣性導(dǎo)航技術(shù)綜述[J]. 雷宏杰,張亞崇.  航空精密制造技術(shù). 2016(01)
[5]一種基于MEMS傳感器的無人飛艇航姿測量系統(tǒng)[J]. 胡少興,劉東昌,張愛武,朱煜坤.  傳感器與微系統(tǒng). 2014(03)
[6]硅微機(jī)械陀螺儀測控電路的溫度補(bǔ)償[J]. 曹慧亮,李宏生,王壽榮,楊波,黃麗斌.  光學(xué)精密工程. 2013(12)
[7]基于驅(qū)動頻率的硅微陀螺零偏補(bǔ)償方法研究[J]. 滿海鷗,肖定邦,吳學(xué)忠,陳志華,侯占強(qiáng).  傳感技術(shù)學(xué)報. 2012(05)
[8]硅微陀螺儀零偏溫度性能補(bǔ)控方法設(shè)計[J]. 夏敦柱,王壽榮,周百令.  東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2012(02)
[9]MEMS微陀螺儀研究進(jìn)展[J]. 成宇翔,張衛(wèi)平,陳文元,崔峰,劉武,吳校生.  微納電子技術(shù). 2011(05)
[10]基于科氏加速度的微陀螺[J]. 劉凱,張衛(wèi)平,陳文元,李凱,肖奇軍,馬高印.  壓電與聲光. 2010(03)

博士論文
[1]蝶翼式硅微陀螺靜電力控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 蘇劍彬.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2013
[2]半球諧振陀螺誤差建模補(bǔ)償與力平衡控制方法研究[D]. 王旭.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2012

碩士論文
[1]高靈敏度蝶翼式微陀螺結(jié)構(gòu)設(shè)計與加工工藝[D]. 曹世杰.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014



本文編號：3294834