微机械陀螺

摘要： 微机械陀螺控制系统主要有两个功能:一是驱动振荡;二是检测振荡。根据国内外微机械陀螺的最新研究发现,在控制系统中一般使用结构已经非常成熟的闭环驱动电路,主要有两种类型:一种是只包含AGC环路的自激振荡闭环驱动,另一种则是在AGC环路的基础上增加了PLL环路的自激锁相闭环驱动。闭环检测相对于开环检测更加复杂,需要综合考虑温度补偿、正交补偿、比例因子补偿以及模态匹配等影响。总的来说针对不同的陀螺结构需要配置不同的电路,通过配置适当的控制系统可以改善由于结构设计和加工制造引起的陀螺缺陷,以及应用环境对陀螺的影响。

摘要： 载体的运动会导致微机械陀螺的响应发生变化,因而引起测量误差,甚至导致系统故障.针对载体运动对微机械陀螺响应的影响开展研究.考虑载体运动以及微陀螺的非线性支承刚度和非线性静电力,基于拉格朗日方程建立了系统的动力学方程.利用谐波平衡法结合留数定理求解了含分式非线性项的系统的周期响应,研究了载体加速度对系统响应特性的影响,发现驱动方向的载体加速度主要导致系统的灵敏度降低.检测方向的载体加速度除使得系统灵敏度降低,还会导致零偏,且零偏和加速度的大小成正比,但比例系数与驱动电压无关.驱动电压较小时,载体在检测方向较小的加速度对灵敏度和非线性度影响很小;而在驱动电压或者检测方向加速度较大时,系统的灵敏度急剧下降,且非线性度也发生了剧烈变化.

摘要： 设计了一种双框架解耦微机械振动陀螺,并分析陀螺的原理和恒幅驱动的必要性.建立了自激振荡和自动增益控制的测控电路模型,利用平均周期法分析了系统的稳态平衡点和起振条件.仿真验证了平衡点的准确性及幅度过冲的影响因素.测试得到陀螺的谐振频率和品质因数并用Allan方差分析1 h频率误差为0.06 Hz,稳定度为±5 ppm(1 ppm=10-6)以内;幅值偏差最大为0.8 mV,8 min内漂移了0.4％.

摘要： 为研究结构参数对静电驱动微机械陀螺动态性能的影响,考虑支承刚度的三次非线性和静电力的分式非线性,基于两自由度动力学模型,利用谐波平衡法结合留数定理求解了系统的周期响应,得到了驱动电极的梳齿厚度、梳齿间隙以及检测电极的极板面积、极板间隙变化时电容变化量随驱动力频率和载体角速度的变化曲线,以及电容灵敏度和非线性度随这些参数的变化曲线.结果表明,检测电容变化量随驱动力频率的变化曲线会呈现明显的非线性特征,即第二个峰向右倾斜,从而引起跳跃现象.驱动电极的梳齿厚度、梳齿间隙和检测电极的极板间隙对检测电容变化量随载体角速度的变化影响较大,而检测电极的极板面积的影响很小.驱动电极梳齿厚度、梳齿间隙以及检测电极的极板面积对电容灵敏度和非线性度的影响基本上是线性的,但检测电极的极板间隙对电容灵敏度和非线性度的影响是非线性的.

摘要： 为了提高微机械陀螺的稳定性,研究自由振动状态下活动基座上L-L型双质量微机械陀螺的动态性能,建立微机械陀螺的数学模型,得到以幅值-相位为变量的运动微分方程的解,并给出这种解与轨道元素的联系.研究框架质量和弹性件非线性刚度对陀螺漂移量的影响,并给出数值例子.对所得到的解析关系式与曲线进行分析,作出关于系统性能的相应结论.

摘要： 相比传统陀螺仪,石英微机械陀螺作为一种微机械惯性传感器,具有尺寸小、可靠性高、寿命长且能工作在恶劣环境下的优点,因而在军事和民用领域的应用前景十分广泛.基于石英微机械陀螺ASIC电路提供了一种信号数字处理方案.通过Modelsim对石英微机械陀螺数字处理进行仿真并结合Matlab对数据进行分析.结果 表明,这种信号数字处理方案能够达到石英微机械陀螺信号数字处理的要求.

摘要： PCM作为工艺过程监控手段,是半导体制造过程中的一个重要的监测工具.它主要是加工过程中的电参数测量,反映出产品在制作过程中的异常和一致性.本论文针对MEMS陀螺的生产过程,设计符合前道工艺线的PCM结构,然后运用SPC统计控制技术对数据进行分析,可以有效提高工艺能力,反映出产品质量.

摘要： 为了快速评估出微机械陀螺的振动性能参数,结合ASIC探针卡,NI数据采集卡,半自动探针台和软件实现了圆片级自动测试,判断出陀螺是否能正常振荡.实验结果表明,该圆片级在片自动测试系统能准确的测量出芯片的振动性能,快速准确的反映出工艺能力,且实现圆片级挑选出不同等级性能的陀螺芯片,对陀螺的设计和生产加工具有重要的促进作用.

摘要： 基于机械杠杆的位移放大效应,提出了一种具有微杠杆结构的电容检测式微机械陀螺结构,所设计的杠杆放大机构设置在陀螺的检测模态中,通过杠杆将科氏质量块的检测位移放大传递到检测框上,以提升检测位移。建立杠杆结构陀螺的二阶振动微分方程,分析了杠杆结构对微机械陀螺结构静刚度和固有频率的影响,探讨了在不同结构条件下杠杆结构对检测位移的放大效果。通过仿真验证了理论的准确性与可行性,结果表明,在陀螺谐振情况下,可有效增大检测框位移60%以上,提升了检测位移,进而提升检测灵敏度。

摘要： 为了深入掌握微机械陀螺的冲击响应特性,本文进行了详细的理论推导和MATLAB仿真分析,并进行了测试验证.冲击试验结果表明,理论分析和试验结果基本一致,考虑最坏情况可知,当脉宽对应的冲击频率与陀螺固有频率越接近,并且陀螺品质因子和冲击加速度幅值越大时,则冲击带来的影响就越大,梁越容易发生断裂失效.因此要使MEMS陀螺具有较强的抗冲击能力,必须综合优化设计陀螺的真空度和固有频率.

摘要： 微机械陀螺输出信号是含有横滚、偏航和俯仰这3个角速度信息的调制信号.若滚转旋转体飞行载体仅作偏航或俯仰运动时,微机械陀螺输出信号的频率与旋转飞行载体滚动角速度相等,信号包络的幅度与偏航或俯仰角速度大小成正比.但若旋转飞行旋转载体同时具有俯仰和偏航运动时,微机械陀螺输出信号的频率将被调制,而信号包络的幅度与偏航和俯仰合角速度成正比.如何从此复杂信号中将横滚、偏航和俯仰3个角速度提取出,为旋转飞行载体多通道控制系统提供控制依据成为微机械陀螺应用的关键技术问题.

摘要： 本文提出了一种谐振式硅微机械陀螺的温度补偿结构,主要用于消除温度对谐振式硅微机械陀螺工作的影响.该陀螺系统结构主要包括两个静电梳齿驱动器,平板质量块、杠杆放大装置,双端谐振音叉,补偿音叉.为了较好地补偿温度误差,补偿音叉与双端谐振音叉具有相同的结构.微机械陀螺工作时,谐振音叉的谐振频率受轴向力与温度影响,补偿音叉的谐振频率仅受温度影响;由于两音叉结构完全相同,可通过数据处理单元对两音叉频率进行解算以消除温度对谐振频率的影响,得到微机械陀螺运动产生的科式力大小,进而计算出待测角频率.本文提出的方案不仅能够实现对谐振式硅微机械陀螺温度误差的补偿,同时也依旧保持了微机械陀螺系统体积小,功耗低的特点.

摘要： 针对静电驱动电容检测式微机械陀螺,设计并实现了一种高性能的测控系统.系统采用电荷放大器实现微弱电容检测,并利用高频调制解调技术避免了检测电路中低频噪声的影响.在驱动控制上,应用自动相位控制技术使驱动信号频率跟踪驱动模态自然频率的变化,应用自动电平控制技术保持驱动模态振动幅值的恒定.通过双相镇定放大的方法确定了解调参考信号的相位,进而实现了敏感模态输出信号的相干解调.基于FPGA对所设计的系统进行了硬件实现,并结合课题组自研陀螺进行了测试,结果显示,常温下微机械陀螺零偏稳定性达到了10.878(°)/h.

摘要： 本文研究一种利用旋转载体为驱动并产生陀螺效应的微机械陀螺.提出单个多功能微机械陀螺结合加速度计基准解算包括横向角速度、方位角、偏航角速度、俯仰角速度、滚转频率在内的五个参数方法.讨论了利用两个垂直安装的微机械陀螺信号彼此正交的特点,用两个信号代替原方法中的希尔伯特变换对,有效地提高了解算的实时性.编写了基于Matlab的微机械陀螺信号解算软件.通过三轴转台试验,验证了算法的有效性.

摘要： 针对工程设计及对无驱动结构硅微机械陀螺的技术要求,分析其信号检测与信号处理,设计了陀螺电路.用PSpice进行电路仿真,得到各部分电路相应的输出波形曲线.加工制作了电路板,组装了四套陀螺.产品通过性能检验,并且用于飞行试验.

摘要： 本文讨论了陀螺噪声的问题,针对微机械陀螺零位噪声不对称,陀螺输出数字量标定误差,以及陀螺的随机漂移问题.按照噪声特点的不同将陀螺噪声分类进行补偿,提出了一种跟踪模式下的基于动态权值Unscented粒子滤波算法的在线标定补偿方法.对实测数据的仿真结果表明,本文所介绍的滤波方法是正确、有效的.

摘要： 介绍了测试系统的组成、陀螺主要参数测试及计算的基本原理和方法、基于LabVIEW的软件设计方案等,实现了陀螺在不同环境条件下所有参数的测试.测试结果表明,利用LabVIEW强大而丰富的信号处理模块,可将陀螺输出数据采集、存储、信号处理和参数显示于一体,达到数据采集和参数计算可视化,从而提高测试效率.陀螺测试系统具有良好的通用性,经过改进也可应用于其它类似产品的测试.

摘要： 为了降低成本,考虑在无人艇编队中从艇使用低精度MEMS陀螺和多普勒测速仪测量航向和速度进行航迹推算,并测量和装备有高精度导航设备的主艇的距离进行扩展卡尔曼滤波(EKF),估计并补偿陀螺误差,更新和修正从艇的位置.因为MEMS陀螺的初始航向偏差和漂移在系统方程中起着相似的作用,无法同时估计出它们的值,所以在EKF算法中,用同一个状态先估计初始航向偏差并补偿,再将状态清零并重新设置系统方差阵,进而估计陀螺漂移.

摘要： 气密性检测是微机械陀螺检测中的一个重要环节,是保证微机械陀螺产品质量重要手段.本文通过平行缝焊技术将陀螺外壳壳体与壳盖焊接,利用氦气气密性检测装置作为微机械陀螺气密性检测工具,判断微机械陀螺的气密性是否符合技术要求.分析未能通过气密性检测的陀螺的漏气原因,发现陀螺外壳引脚玻璃粉存在微孔.通过增加壳体气密性检测,调整缝焊程序以达到控制缝焊温度,使微机械陀螺产品的合格率达到98.68％。

摘要： 为提高MEMS陀螺的测量精度以满足航天任务的应用需求,本文基于试验数据对MEMS陀螺输出进行预处理,提出基于最小均方(Least Mean Square.LMS)算法的多MEMS陀螺信息融合方法.并针对动态实时系统提出了学习率参数的确定方法通过对配置多个MEMS陀螺的测量系统进行试验,试验结果证明本文所提出的方法能够有效提高多陀螺系统的测量精度抑制测量噪声.

摘要： 本发明提供了一种光纤陀螺与微机械陀螺组合的惯导系统及导航方法，所述系统包括互为冗余设置的光纤陀螺仪与MEMS陀螺仪；常态时，所述光纤陀螺仪测量方位轴向的角速度，当所述光线陀螺仪出现故障时，自动切换到所述MEMS陀螺仪，本发明提供的光纤陀螺与微机械陀螺组合的惯导系统的导航方法提供在线标定和补偿功能，即在惯性系统完成粗略误差标定以后，通过设定的运动方式来实现陀螺漂移和加速度计零偏的误差估计和补偿，使系统降低对设备的要求，极大的降低了成本，也实时提高了惯性系统的性能。

摘要： 一种微机械技术领域的主动悬浮永磁环形转子异步感应微机械陀螺陀螺仪。本发明陀螺仪包括：上定子、环形转子、下定子，下定子上设有侧向电容板，下定子通过侧向电容板与上定子连接；这些侧向电容板与上定子和下定子一起围成一个环形空腔，环形转子设置在这个空腔中。本发明永磁环形转子采用环形且厚度大，相同转速下转动惯量大，该环形转子通过直流电悬浮稳定，电控简单，异步感应电机能便利地实现环形转子高速转动，电容设计方便了陀螺信号的提取。本发明有效克服了扁平环形转子结构、没有侧向稳定结构、侧向稳定性差的缺点，在作为方位陀螺使用时更有优势，同时采用MEMS技术制作工艺，成本低，在微小卫星、微机器人、虚拟现实等需要惯性技术的场合都可以使用。

摘要： 本发明涉及微机械陀螺机械灵敏度补偿技术，具体是一种驱动‑检测模态互换的微机械陀螺机械灵敏度自补偿方法。本发明解决了微机械陀螺环境适应能力差的问题。驱动‑检测模态互换的微机械陀螺机械灵敏度自补偿方法，该方法是采用如下步骤实现的：步骤S1：构建自补偿控制模块；步骤S2：自补偿控制器设定微机械陀螺的如下参数：机械灵敏度的目标值S0；步骤S3：在驱动模态下，测频模块实时测量激励电压信号的频率；步骤S4：在检测模态下，测频模块实时测量激励电压信号的频率；步骤S5：计算出调节电压信号的控制值R；步骤S6：驱动闭环回路根据调节电压信号设定微机械陀螺的实时驱动模态振动幅值Ax。本发明适用于微机械陀螺。

摘要： 本发明提供了一种微机械陀螺与多普勒计程仪辅助的半球谐振陀螺捷联惯性导航系统行进间对准方法，属于自动化技术领域里一种信号处理方法。本发明首先考虑到船舶转艏运动下载体角速率较大，载体角速率超出力反馈式半球谐振陀螺测量范围的特点，设计了以微机械陀螺作为辅助设备的角速率采集算法，最终实现载体角速率信息的重构。然后，设计了借助外部测速信息辅助的速率观测矢量重构方法，构建目标函数。最后将姿态矩阵求解问题转化为Wahba姿态确定问题，最终得到载体姿态矩阵，实现半球谐振陀螺捷联惯性导航系统初始对准。本发明可以在载体行进状态下，实现基于力反馈模式半球谐振陀螺捷联惯性导航系统行进间的初始对准。

摘要： 本发明提供了一种微机械陀螺辅助的半球谐振陀螺捷联惯性导航系统摇摆基座无纬度对准方法，属于自动化技术领域里一种信号处理方法。本发明针对航海用的力反馈模式HRG捷联惯性导航系统在受到海浪冲击产生摇摆，载体姿态角速率超过HRG角速率测量范围，并且纬度信息未知的情况下，利用与HRG惯导系统同轴安装的MEMS陀螺作为角速率测量辅助设备，通过重力矢量几何约束和惯性系对准方法，解决船舶摇摆状况下初始对准与纬度估计的问题。本发明可以实现载体处于摇摆且纬度未知情况下的初始对准，对于运动状态和外界纬度信息有较低的要求，具有很高的自主性和鲁棒性。

摘要： 本发明提供了一种光纤陀螺与微机械陀螺组合的惯导系统及导航方法，所述系统包括互为冗余设置的光纤陀螺仪与MEMS陀螺仪；常态时，所述光纤陀螺仪测量方位轴向的角速度，当所述光线陀螺仪出现故障时，自动切换到所述MEMS陀螺仪，本发明提供的光纤陀螺与微机械陀螺组合的惯导系统的导航方法提供在线标定和补偿功能，即在惯性系统完成粗略误差标定以后，通过设定的运动方式来实现陀螺漂移和加速度计零偏的误差估计和补偿，使系统降低对设备的要求，极大的降低了成本，也实时提高了惯性系统的性能。

摘要： 一种微机械技术领域的主动悬浮永磁环形转子异步感应微机械陀螺陀螺仪。本发明陀螺仪包括：上定子、环形转子、下定子，下定子上设有侧向电容板，下定子通过侧向电容板与上定子连接；这些侧向电容板与上定子和下定子一起围成一个环形空腔，环形转子设置在这个空腔中。本发明永磁环形转子采用环形且厚度大，相同转速下转动惯量大，该环形转子通过直流电悬浮稳定，电控简单，异步感应电机能便利地实现环形转子高速转动，电容设计方便了陀螺信号的提取。本发明有效克服了扁平环形转子结构、没有侧向稳定结构、侧向稳定性差的缺点，在作为方位陀螺使用时更有优势，同时采用MEMS技术制作工艺，成本低，在微小卫星、微机器人、虚拟现实等需要惯性技术的场合都可以使用。

摘要： 本发明涉及微机械陀螺机械灵敏度补偿技术，具体是一种驱动‑检测模态互换的微机械陀螺机械灵敏度自补偿方法。本发明解决了微机械陀螺环境适应能力差的问题。驱动‑检测模态互换的微机械陀螺机械灵敏度自补偿方法，该方法是采用如下步骤实现的：步骤S1：构建自补偿控制模块；步骤S2：自补偿控制器设定微机械陀螺的如下参数：机械灵敏度的目标值S0；步骤S3：在驱动模态下，测频模块实时测量激励电压信号的频率；步骤S4：在检测模态下，测频模块实时测量激励电压信号的频率；步骤S5：计算出调节电压信号的控制值R；步骤S6：驱动闭环回路根据调节电压信号设定微机械陀螺的实时驱动模态振动幅值Ax。本发明适用于微机械陀螺。

摘要： 本实用新型涉及石英陀螺仪技术领域，尤其涉及一种三轴石英微机械陀螺仪衬底及陀螺仪，三轴石英微机械陀螺仪衬底，包括衬底本体，衬底本体包括用于安装电路板的第四安装位，衬底本体上还设有第一安装位、第二安装位以及第三安装位，第一安装位、第二安装位以及第三安装位分别用于安装检测X轴、Y轴以及Z轴的角速度的石英MEMS表芯，具有体积小、质量小、降低误差和装配流程简单的优点。本实用新型还公开一种三轴石英微机械陀螺仪，包括：三个石英MEMS表芯、减振支架、电路软硬结合板、外壳以及本三轴石英微机械陀螺仪衬底，安装方便且减少了导线焊接，提高生产效率，有利于批量生产，可靠性高，具有较强的可扩展性。

摘要： 本实用新型公开了一种三轴微机械陀螺仪和陀螺仪检测设备。本实用新型实施例提供的三轴微机械陀螺仪包括：陀螺芯片组件、陀螺板组件、控制板和壳体，陀螺芯片组件包括X轴、Y轴和Z轴陀螺芯片，陀螺板组件包括X轴、Y轴和Z轴陀螺板，控制板上安装有第一处理器；X轴、Y轴和Z轴陀螺板分别与控制板相连接；X轴、Y轴和Z轴陀螺芯片一一对应的安装于X轴、Y轴和Z轴陀螺板上；X轴、Y轴和Z轴陀螺板为两两垂直设置，X轴和Y轴陀螺板分别与控制板垂直设置，Z轴陀螺板与控制板平行设置；陀螺板组件和控制板安装在壳体内部。本实用新型实施例解决了现有技术中的陀螺仪难以在保证测量精度要求的基础上，同时兼顾体积小和成本低等要求的问题。