旋转弹用MEMS陀螺结构优化及性能测试
发布时间：2021-05-09 04:05
针对当前MEMS常规陀螺不能满足高旋弹测姿的要求,课题组研制了一种可用于测量高旋弹角速率的微机械陀螺。该陀螺与常规陀螺不同,其主要利用弹体沿轴向的高速旋转作为陀螺的驱动部分。当弹体存在俯仰角速率或偏航角速率时就会产生哥氏力,质量块在哥氏力的作用下绕扭转梁作角振动运动,导致陀螺质量块与极板间的电容发生变化,通过检测电容的变化来实现对外部输入角速率的测量。通过测试发现前期所设计陀螺抗过载能力差、输出信号灵敏度较低,因此本文在前期设计的基础上对陀螺结构及检测电路进行优化,并对优化后陀螺的性能进行测试,本文所研究主要内容如下：（1）对陀螺的基本原理及输出特性进行分析。首先对陀螺的基本原理进行分析；然后根据其工作原理建立其动力学方程,并对其输出特性进行分析。（2）陀螺结构的优化设计,在了解陀螺的基本原理和输出特性后实现对陀螺结构的优化设计。首先分析了陀螺结构的结构选型及改进方向；然后分析了陀螺的相关力学参数以及各结构参数对陀螺输出的影响,确定陀螺的结构类型,并通过ANSYS软件进行仿真分析；最后对优化后陀螺的电学特性进行分析,验证优化后的可行性。（3）陀螺结构工艺及版图的设计,结合陀螺的结构及工...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 关键技术研究现状
1.2.1 微机械陀螺的研究现状
1.2.2 微小电容检测的研究现状
1.3 本文主要研究内容及章节安排
第二章 旋转弹用MEMS陀螺的基本工作原理
2.1 哥氏效应
2.2 旋转弹用MEMS陀螺概述
2.3 微机械陀螺的输出特性分析
2.5 本章小结
第三章 旋转弹用MEMS陀螺的结构优化设计
3.1 陀螺优化的必要性及结构选型
3.2 陀螺相关力学参数分析
3.3 陀螺的结构设计
3.4 陀螺结构的仿真分析
3.4.1 模态分析
3.4.2 静力学分析
3.4.3 谐波分析
3.5 优化后陀螺电学特性分析
3.6 本章小结
第四章 旋转弹用MEMS陀螺的工艺与版图设计
4.1 陀螺加工关键工艺
4.2 陀螺工艺设计
4.3 陀螺版图设计
4.3.1 版图设计规则
4.3.2 陀螺版图制作
4.4 本章小结
第五章 旋转弹用MEMS陀螺的信号检测及性能测试
5.1 陀螺接口电路
5.2 陀螺信号检测电路的优化及验证
5.2.1 调节基底电容
5.2.2 二级放大
5.3 陀螺性能测试
5.3.1 抗过载能力分析
5.3.2 陀螺性能测试平台介绍
5.3.3 陀螺静态指标测试
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 全文总结
6.2 工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及取得的成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]国外激光制导武器现状与发展分析[J]. 周旭宜,刘满仓. 飞航导弹. 2013(11)
[2]基于Pcap01芯片的高精度微电容检测系统设计[J]. 邓丽莉,桑胜波,张文栋,唐晓亮,李朋伟,胡杰,李刚,菅傲群. 传感技术学报. 2013(08)
[3]惯性技术研究现状及发展趋势[J]. 王巍. 自动化学报. 2013(06)
[4]硅微振动陀螺仪设计与性能测试[J]. 贾方秀,裘安萍,施芹,苏岩. 光学精密工程. 2013(05)
[5]MEMS传感器现状及应用[J]. 王淑华. 微纳电子技术. 2011(08)
[6]技术、产品和市场[J]. 王玲. 微纳电子技术. 2011(04)
[7]基于电容检测芯片的电容检测系统设计[J]. 张小勇,陈颖鸣,郭禹姬. 单片机与嵌入式系统应用. 2010(06)
[8]无驱动结构微机械陀螺理论分析[J]. 吴立锋,严庆文,徐鸿卓,孙成祥,张伟,张福学. 传感技术学报. 2010(02)
[9]红外制导导弹的发展及其关键技术[J]. 汪中贤,樊祥. 飞航导弹. 2009(10)
[10]我国惯性仪器仪表的技术特点及发展综述[J]. 赵民智,纪丽敏,万承军. 传感器世界. 2009(07)
博士论文
[1]高深宽比微纳结构模拟、加工及应用[D]. 孙广毅.南开大学 2010
[2]一种压阻式微机械陀螺的研究[D]. 陈雪萌.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2005
[3]电容式微惯性器件设计理论与方法研究[D]. 刘宗林.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]旋转弹用MEMS陀螺微小电容检测电路设计[D]. 黄建林.中北大学 2013
[2]旋转弹载免驱动三轴MEMS陀螺研究[D]. 崔星.中北大学 2012
[3]压电型微固体模态陀螺的性能优化及检测[D]. 胡小骏.上海交通大学 2012
[4]一种新型微机械陀螺仪的结构与检测系统研究[D]. 温姣.电子科技大学 2011
[5]高精度微弱电容检测技术研究[D]. 邢本凤.哈尔滨工业大学 2010
[6]梳状音叉双线振动硅微机械陀螺仪的技术研究[D]. 管继平.电子科技大学 2010
[7]MEMS工艺版图三维重构技术研究[D]. 方志华.西北工业大学 2004
本文编号：3176588
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 关键技术研究现状
1.2.1 微机械陀螺的研究现状
1.2.2 微小电容检测的研究现状
1.3 本文主要研究内容及章节安排
第二章 旋转弹用MEMS陀螺的基本工作原理
2.1 哥氏效应
2.2 旋转弹用MEMS陀螺概述
2.3 微机械陀螺的输出特性分析
2.5 本章小结
第三章 旋转弹用MEMS陀螺的结构优化设计
3.1 陀螺优化的必要性及结构选型
3.2 陀螺相关力学参数分析
3.3 陀螺的结构设计
3.4 陀螺结构的仿真分析
3.4.1 模态分析
3.4.2 静力学分析
3.4.3 谐波分析
3.5 优化后陀螺电学特性分析
3.6 本章小结
第四章 旋转弹用MEMS陀螺的工艺与版图设计
4.1 陀螺加工关键工艺
4.2 陀螺工艺设计
4.3 陀螺版图设计
4.3.1 版图设计规则
4.3.2 陀螺版图制作
4.4 本章小结
第五章 旋转弹用MEMS陀螺的信号检测及性能测试
5.1 陀螺接口电路
5.2 陀螺信号检测电路的优化及验证
5.2.1 调节基底电容
5.2.2 二级放大
5.3 陀螺性能测试
5.3.1 抗过载能力分析
5.3.2 陀螺性能测试平台介绍
5.3.3 陀螺静态指标测试
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 全文总结
6.2 工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及取得的成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]国外激光制导武器现状与发展分析[J]. 周旭宜,刘满仓. 飞航导弹. 2013(11)
[2]基于Pcap01芯片的高精度微电容检测系统设计[J]. 邓丽莉,桑胜波,张文栋,唐晓亮,李朋伟,胡杰,李刚,菅傲群. 传感技术学报. 2013(08)
[3]惯性技术研究现状及发展趋势[J]. 王巍. 自动化学报. 2013(06)
[4]硅微振动陀螺仪设计与性能测试[J]. 贾方秀,裘安萍,施芹,苏岩. 光学精密工程. 2013(05)
[5]MEMS传感器现状及应用[J]. 王淑华. 微纳电子技术. 2011(08)
[6]技术、产品和市场[J]. 王玲. 微纳电子技术. 2011(04)
[7]基于电容检测芯片的电容检测系统设计[J]. 张小勇,陈颖鸣,郭禹姬. 单片机与嵌入式系统应用. 2010(06)
[8]无驱动结构微机械陀螺理论分析[J]. 吴立锋,严庆文,徐鸿卓,孙成祥,张伟,张福学. 传感技术学报. 2010(02)
[9]红外制导导弹的发展及其关键技术[J]. 汪中贤,樊祥. 飞航导弹. 2009(10)
[10]我国惯性仪器仪表的技术特点及发展综述[J]. 赵民智,纪丽敏,万承军. 传感器世界. 2009(07)
博士论文
[1]高深宽比微纳结构模拟、加工及应用[D]. 孙广毅.南开大学 2010
[2]一种压阻式微机械陀螺的研究[D]. 陈雪萌.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2005
[3]电容式微惯性器件设计理论与方法研究[D]. 刘宗林.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]旋转弹用MEMS陀螺微小电容检测电路设计[D]. 黄建林.中北大学 2013
[2]旋转弹载免驱动三轴MEMS陀螺研究[D]. 崔星.中北大学 2012
[3]压电型微固体模态陀螺的性能优化及检测[D]. 胡小骏.上海交通大学 2012
[4]一种新型微机械陀螺仪的结构与检测系统研究[D]. 温姣.电子科技大学 2011
[5]高精度微弱电容检测技术研究[D]. 邢本凤.哈尔滨工业大学 2010
[6]梳状音叉双线振动硅微机械陀螺仪的技术研究[D]. 管继平.电子科技大学 2010
[7]MEMS工艺版图三维重构技术研究[D]. 方志华.西北工业大学 2004
本文编号：3176588
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