基于音叉效应的双质量块硅微陀螺仪结构优化设计

发布时间：2017-11-13 20:23

  本文关键词：基于音叉效应的双质量块硅微陀螺仪结构优化设计

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【摘要】：在单质量硅微陀螺仪的发展基础之上,双质量硅微陀螺仪具有单质量结构的结构微型化、可靠性高、低功耗、响应快、成本低等特性,而且双质量结构因其结构特点拥有很高的抗共模干扰能力。所以在军、民两大重要领域中的应用前景广阔。随着对双质量硅微陀螺仪的研究不断深入,结构的性能得到很大的提升,但是对于对结构性能要求很高的场合,由于结构设计的缺陷、加工技术水平及接口电路控制技术等因素的限制,结构的性能不能满足高精度应用的要求。本文以全解耦双质量硅微陀螺仪为进一步研究的对象,在双质量硅微陀螺仪的动力学理论、微机械结构设计理论及检测理论的基础上,结合计算机仿真设计技术,针对结构的正交误差及转动误差,设计一种新型的基于音叉效应全解耦双质量结构,结合外围接口电路对封装之后的结构进行结构性能测试。本文研究的主要内容如下：1)双质量硅微陀螺仪的工作原理分析首先是将双质量的模型进行简化,在单质量结构的理论基础上,结合科氏效应分析结构的运动方程,建立双质量硅微陀螺仪的动力学模型,分析双质量硅微陀螺仪的结构振型、不同压力区的气体阻尼、结构的驱动和检测的力学模型以及正交校正机构模型等理论。2)基于音叉效应的双质量硅微陀螺仪的结构设计及仿真分析从结构形式上选定基于音叉效应的双质量硅微陀螺仪的主要组成部分和结构形式,建立结构的有限元仿真模型,分析结构的正交误差和扭动误差,分析误差产生的来源。改进或改变双质量硅微陀螺仪的组成结构的形式、尺寸及位置,抑制基于音叉效应的双质量硅微陀螺仪的耦合误差、检测框架的扭误差及质量块的扭动误差动。利用ANSYS做优化设计结构的模态仿真、热应力仿真、谐响应分析、冲击响应分析等仿真分析,验证结构的相关设计的可行性。3)基于音叉效应的双质量硅微陀螺仪的误差分析通过理论分析、力学模型分析及误差的有限元模拟仿真等途径,分析设计的基于音叉效应的双质量硅微陀螺仪结构的误差的产生根源,包括原理误差、结构设计误差、加工误差及温度的改变对结构的性能的造成的误差,并提出改进的意见。4)基于音叉效应的双质量硅微陀螺仪的性能测试结合外围的驱动闭环控制、闭环检测及正交校正电路,对加工封装之后的双质量硅微陀螺仪结构进行结构的振型固有频率、品质因素、正交校正机构执行力、标度因素、零偏及零偏稳定性、阈值、分辨率、正交校正机构的校正能力及温度性能的测试。进一步验证双质量硅微陀螺仪优化设计结构的性能能否满足设计的预期指标。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH-39

【参考文献】

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本文编号：1182276