高过载MEMS环形陀螺制造与测试

发布时间：2021-06-22 14:07

　　提出了一种新型的抗高过载环形振动式陀螺,分析了其工作原理和振动特性。在ANSYS有限元分析软件中建立了该环形陀螺结构的模型,进行了振动特性分析,仿真分析结果显示该环形陀螺工作模态与干扰模态最小频差Δf₂=248 Hz,驱动和敏感模态频率Δf₁=5 Hz。并且根据冲击动力学原理分析了此结构在半周期正弦加速度冲击载荷作用下的冲击响应,谐振结构最大位移为14.142μm,结构所受的最大的应力为68.396 MPa,可以正常稳定工作。通过基于SOG（Silicon on Glass）的微加工工艺制造了陀螺样机并完成了初步的测试,模态测试与有限元仿真结果中的模态频率最大误差是4.9%。实验室过载测试结果显示陀螺在15 800 g过载下,陀螺工作频率和频差未发生大的变化。 

【文章来源】：仪表技术与传感器. 2020,(03)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

环形陀螺整体示意图

环形陀螺结构方面采用电容静电驱动检测原理,其优点为其结构加工工艺简单,电路功耗低。缺点为外部电容结构与环形谐振子薄壁距离较近,当谐振子发生较大的振动或者位移时会导致其与固定电容碰撞造成结构短路。参考半球谐振子的驱动和检测电极的分布,可将此环形陀螺的外部电极均布在环形谐振子外,分布示意图如图2所示[11]。1.2 工作原理

Z轴瞬态响应位移图

【参考文献】：
期刊论文
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[2]钟形振子式角速率陀螺机电耦合特性分析[J]. 刘宁,苏中.  传感技术学报. 2017(07)
[3]MEMS微半球谐振陀螺的力反馈模态及其FPGA平台实现[J]. 孙殿竣,张卫平,唐健,邢亚亮,欧彬,刘朝阳.  仪表技术与传感器. 2017(06)
[4]MEMS环形振动陀螺结构设计与仿真分析[J]. 寇志伟,曹慧亮,刘俊,冯恒振,任建军,连树仁.  微纳电子技术. 2017(07)
[5]杯形波动陀螺高稳定度正弦驱动技术研究[J]. 谢笛,吴学忠,苏剑彬,陶溢,周泽龙,李浩.  传感技术学报. 2011(12)

硕士论文
[1]军用微电子器件耐高过载技术研究[D]. 金家存.南京理工大学 2008



本文编号：3242977