微机械陀螺阻尼特性分析及低阻尼比结构设计

摘要

传感器技术是一项令当今世人瞩目的迅猛发展起来的高新技术，它是新技术革命和信息社会的重要技术基础，陀螺是惯性传感器中的一种重要器件。本文在充分调研和分析国内外微机械陀螺的基础上，针对当前的工艺条件和应用背景，提出一种基于体硅工艺的新型MEMS结构的微机械陀螺，并对该结构进行了仿真和分析以及对相关的性能进行了计算。
　　本文所设计的是一种新颖的直梁式双级解耦差分电容振动微机械陀螺结构，在结构设计中，驱动和检测方面均采用静电梳齿结构，而且梳齿均采用的是变面积形式的，这使得结构有很小的阻尼系数和很大的品质因子。采用双级解耦的设计来隔离驱动模态和检测模态，使二者的运动相互独立，从而避免了同频干扰。采用直形梁结构作为结构的弹性梁是为了有效的避免耦合现象和增大驱动频率。同时，文中设计出了新型的陀螺结构，并对该结构进行了ANSYS有限元仿真的静态和模态分析，抗过载分析等。针对设计的陀螺结构，进行了压膜阻尼和滑膜阻尼的研究和计算，计算出本结构的品质因子为164.3。还对结构进行了温度变化的分析，得出该结构能有效的抑制温漂。还对结构中产生的寄生科氏力做出了分析，得到该结构能够有很好的控制寄生科氏力。对结构的正交耦合进行了仿真和分析，发现该结构的正交耦合误差不到0.2％，表明该结构有很好的抑制耦合现象。对结构的寄生电容和一些性能指标参数进行了分析和计算。
　　本文对所设计的微机械陀螺进行了相关的分析与仿真，为提高微机械陀螺性能奠定了基础。

目录

微机械陀螺阻尼特性分析及低阻尼比结构设计

MICRO GYROSCOPE DAMPING ANALYSIS AND DESIGN OF LOW-DAMPING STRUCTURE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1?课题背景

1.2?微机械陀螺国内外发展现状

1.2.1 国外发展现状

1.2.2 国内发展现状

1.3?微机械陀螺的性能和应用

1.4?研究的目的和意义

1.5?主要的研究内容

第2章 直梁式全对称微机械陀螺基本原理

2.1 科氏原理

2.2 直梁式全对称微机械陀螺的模型和工作原理

2.3 直梁式全对称微机械陀螺的动力学方程

2.4 静电驱动及电容结构

2.4.1 静电驱动结构

2.4.2 梳齿电容结构

2.5 本章小结

第3章 直梁式微机械陀螺的设计和有限元仿真

3.1 陀螺整体的结构

3.2 结构参数

3.3 弹性梁结构的设计

3.4 直梁式微机械陀螺的结构仿真分析

3.4.1 静态分析

3.4.2 模态分析

3.4.3 抗过载分析

3.5 本章小结

第4章 微机械陀螺的特性分析

4.1 阻尼特性分析

4.1.1 压膜阻尼

4.1.2 滑膜阻尼

4.2 温度特性分析

4.3 寄生科氏力特性分析

4.4 正交耦合误差的仿真分析

4.5 寄生电容分析

4.6 微陀螺性能指标分析

4.7本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

《学位论文出版授权书》

致 谢