一种基于SOI工艺的三轴单片微陀螺仪的研究

发布时间：2018-04-05 17:09

  本文选题：三轴陀螺　切入点：对称　出处：《合肥工业大学》2016年硕士论文

【摘要】：为了实现三轴检测微陀螺仪的单片集成,本文提出了一种完全对称的四方陀螺结构。文中首先介绍了该课题的研究背景及研究意义,说明了所设计的陀螺的工作原理,提出了动力学简化模型,并给出了相应的动力学方程的详细推导,对该陀螺进行了阻尼分析。文章随后给出了陀螺的结构设计方案,对陀螺的交叉耦合效应进行了分析,并计算出了陀螺的部分性能参数。文中利用软件对陀螺结构进行了仿真分析,对陀螺进行了幅频特性分析、静态分析以及模态分析,并重点分析了陀螺中的弹性梁,以研究弹性梁尺寸对陀螺性能的影响。分析与计算结果表明,该陀螺在标准大气压下的驱动模态以及z轴检测模态品质因数分别可以达到9826、9834,而x/y轴检测模态品质因数为348,通过真空封装以及开阻尼孔的方法可以大大提高这一性能。陀螺的z轴、x/y轴检测灵敏度分别为30.192 fF/(°/s)以及38.541 fF/(°/s),在施加100G载荷下所受最大应力为1.942MPa,陀螺各模态的固有频率分别为57.345KHz、57.382KHz以及57.395KHz,各模态间匹配性能较好。对陀螺结构的研究结果表明该陀螺基本满足了设计要求。文章随后对陀螺的接口电路进行了分析,设计了其驱动-检测电路的框架结构,并分析了其中部分关键子电路。最后介绍了MEMS陀螺的加工工艺,基于SOI工艺设计了陀螺的制备工艺流程。
[Abstract]:In order to realize the monolithic integration of triaxial microgyroscopes, a completely symmetric tetragonal gyroscope structure is presented in this paper.This paper first introduces the research background and significance of the subject, explains the working principle of the designed gyroscope, puts forward a simplified dynamic model, and gives a detailed derivation of the corresponding dynamic equation, and analyzes the damping of the gyroscope.Then the structure design of gyroscope is given, the cross-coupling effect of gyroscope is analyzed, and some performance parameters of gyroscope are calculated.In this paper, the structure of gyroscope is simulated and analyzed by software. The amplitude and frequency characteristics, static analysis and modal analysis of gyroscope are analyzed, and the elastic beam in gyroscope is analyzed in order to study the influence of the size of elastic beam on the performance of gyroscope.The results of analysis and calculation show that,The driving mode and the z axis detection mode quality factor of the gyroscope under standard atmospheric pressure can reach 9826 ~ 9834, respectively, while the x / y axis detection mode quality factor is 348. This performance can be greatly improved by vacuum packaging and opening of damping hole.The research results of the gyroscope structure show that the gyroscope basically meets the design requirements.Then the interface circuit of gyroscope is analyzed, the frame structure of driving-detection circuit is designed, and some key sub-circuits are analyzed.Finally, the processing technology of MEMS gyroscope is introduced, and the preparation process of gyroscope is designed based on SOI process.
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN96

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本文编号：1715693