双蝶翼式敏感结构微机电陀螺关键技术研究
发布时间：2023-01-08 14:48
微机电陀螺在军用和民用领域都发挥着重要作用,广泛应用于消费电子、汽车安全和惯性导航等。本论文以本实验室研制的蝶翼式微陀螺为研究基础,设计了一种新型耦合机构来连接两个单独的蝶翼式敏感结构,实现了双蝶翼式敏感结构微机电陀螺原理样机制作,并围绕双蝶翼式敏感结构微陀螺的结构特点、加工工艺和测控电路展开了研究。主要内容包括:1、对国内外高性能陀螺进行了调研,给出了传统蝶翼式陀螺的改进方向,即全对称结构、多敏感质量块,多次差分。2、分析了哥氏力的产生与角振动陀螺的工作原理。对传统蝶翼式陀螺、切向力驱动蝶翼式陀螺、双蝶翼式敏感结构微陀螺的总体结构与工作原理分别进行了介绍,并着重分析了耦合连接机构的特性,研究了耦合机构对陀螺模态的影响,发现耦合机构能够增大同相运动模态频率,减小反相运动模态频率;最后推导了微陀螺所受到的切向驱动力矩与哥氏力矩,建立了双蝶翼式敏感结构微陀螺的动力学方程,得到了机械灵敏度的表达式;3、围绕双蝶翼式敏感结构微陀螺的矩形截面的结构特点,确定了使用深反应离子刻蚀（DRIE）进行硅结构的加工。分析介绍了DRIE工艺以及其存在的“负载效应”和“凹槽效应”,然后分别围绕这两个问题确定了...
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 论文研究背景与意义
1.2 微陀螺的研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文主要内容
第二章 双蝶翼式敏感结构微机电陀螺设计与分析
2.1 陀螺总体结构及原理分析
2.1.1 振动式微陀螺的基本原理
2.1.2 传统的法向静电力驱动的蝶翼式微陀螺单元结构
2.1.3 切向静电力驱动的蝶翼式微陀螺
2.1.4 双蝶翼式敏感结构微陀螺
2.2 陀螺结构分析
2.2.1 耦合机构特性
2.2.2 陀螺模态分析
2.2.3 耦合机构对陀螺模态频率的影响
2.3 陀螺模态频率理论分析
2.3.1 驱动模态频率
2.3.2 检测模态频率
2.4 陀螺动态特性分析
2.4.1 驱动力矩与哥氏力矩
2.4.2 陀螺的动态特性
2.5 本章小结
第三章 双蝶翼式敏感结构微陀螺加工工艺研究
3.1 双蝶翼式敏感结构微陀螺加工工艺简介
3.1.1 整体工艺流程
3.1.2 硅的刻蚀方法
3.2 硅敏感结构的加工工艺
3.2.1 掩膜材料的选择
3.2.2 掩膜版的设计
3.2.3 底膜材料的选择
3.2.4 加工工艺流程
3.2.5 敏感结构关键尺寸测量
3.3 玻璃电极加工与阳极键合工艺
3.3.1 玻璃电极加工工艺
3.3.2 阳极键合
3.4 真空封装技术
3.5 本章小结
第四章 陀螺测控电路研究
4.1 陀螺微弱电容检测方法研究
4.1.1 常用检测电路分析
4.1.2 基于反相双高频载波的微弱电容检测技术
4.1.3 陀螺相位关系
4.2 微陀螺驱动控制方法
4.3 角速度信号的检测方法
4.4 利用电路参数计算陀螺实际参数变化
4.5 本章小结
第五章 陀螺的性能测试
5.1 陀螺静态电容测试
5.2 模态测试
5.2.1 驱动模态测试
5.2.2 检测模态测试
5.3 标度因数测试
5.4 零偏稳定性测试
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
(一)学术论文
(二)参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于MEMS传感器的无人飞艇航姿测量系统[J]. 胡少兴,刘东昌,张爱武,朱煜坤. 传感器与微系统. 2014(03)
[2]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)
[3]MEMS微陀螺仪研究进展[J]. 成宇翔,张卫平,陈文元,崔峰,刘武,吴校生. 微纳电子技术. 2011(05)
[4]基于科氏加速度的微陀螺[J]. 刘凯,张卫平,陈文元,李凯,肖奇军,马高印. 压电与声光. 2010(03)
[5]MEMS惯性仪表技术发展趋势[J]. 王巍,何胜. 导弹与航天运载技术. 2009(03)
[6]国外MEMS技术的现状及其在军事领域中的应用[J]. 亢春梅,曹金名,刘光辉. 传感器技术. 2002(06)
博士论文
[1]蝶翼式硅微陀螺静电力控制关键技术研究[D]. 苏剑彬.国防科学技术大学 2013
[2]蝶翼式微陀螺零偏稳定性提升关键技术研究[D]. 侯占强.国防科学技术大学 2012
硕士论文
[1]单片三轴微加速度计结构设计与加工工艺优化[D]. 李青松.国防科学技术大学 2014
[2]高灵敏度蝶翼式微陀螺结构设计与加工工艺[D]. 曹世杰.国防科学技术大学 2014
[3]四叶片微陀螺结构设计与加工工艺研究[D]. 周泽龙.国防科学技术大学 2011
本文编号：3728666
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 论文研究背景与意义
1.2 微陀螺的研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文主要内容
第二章 双蝶翼式敏感结构微机电陀螺设计与分析
2.1 陀螺总体结构及原理分析
2.1.1 振动式微陀螺的基本原理
2.1.2 传统的法向静电力驱动的蝶翼式微陀螺单元结构
2.1.3 切向静电力驱动的蝶翼式微陀螺
2.1.4 双蝶翼式敏感结构微陀螺
2.2 陀螺结构分析
2.2.1 耦合机构特性
2.2.2 陀螺模态分析
2.2.3 耦合机构对陀螺模态频率的影响
2.3 陀螺模态频率理论分析
2.3.1 驱动模态频率
2.3.2 检测模态频率
2.4 陀螺动态特性分析
2.4.1 驱动力矩与哥氏力矩
2.4.2 陀螺的动态特性
2.5 本章小结
第三章 双蝶翼式敏感结构微陀螺加工工艺研究
3.1 双蝶翼式敏感结构微陀螺加工工艺简介
3.1.1 整体工艺流程
3.1.2 硅的刻蚀方法
3.2 硅敏感结构的加工工艺
3.2.1 掩膜材料的选择
3.2.2 掩膜版的设计
3.2.3 底膜材料的选择
3.2.4 加工工艺流程
3.2.5 敏感结构关键尺寸测量
3.3 玻璃电极加工与阳极键合工艺
3.3.1 玻璃电极加工工艺
3.3.2 阳极键合
3.4 真空封装技术
3.5 本章小结
第四章 陀螺测控电路研究
4.1 陀螺微弱电容检测方法研究
4.1.1 常用检测电路分析
4.1.2 基于反相双高频载波的微弱电容检测技术
4.1.3 陀螺相位关系
4.2 微陀螺驱动控制方法
4.3 角速度信号的检测方法
4.4 利用电路参数计算陀螺实际参数变化
4.5 本章小结
第五章 陀螺的性能测试
5.1 陀螺静态电容测试
5.2 模态测试
5.2.1 驱动模态测试
5.2.2 检测模态测试
5.3 标度因数测试
5.4 零偏稳定性测试
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
(一)学术论文
(二)参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于MEMS传感器的无人飞艇航姿测量系统[J]. 胡少兴,刘东昌,张爱武,朱煜坤. 传感器与微系统. 2014(03)
[2]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)
[3]MEMS微陀螺仪研究进展[J]. 成宇翔,张卫平,陈文元,崔峰,刘武,吴校生. 微纳电子技术. 2011(05)
[4]基于科氏加速度的微陀螺[J]. 刘凯,张卫平,陈文元,李凯,肖奇军,马高印. 压电与声光. 2010(03)
[5]MEMS惯性仪表技术发展趋势[J]. 王巍,何胜. 导弹与航天运载技术. 2009(03)
[6]国外MEMS技术的现状及其在军事领域中的应用[J]. 亢春梅,曹金名,刘光辉. 传感器技术. 2002(06)
博士论文
[1]蝶翼式硅微陀螺静电力控制关键技术研究[D]. 苏剑彬.国防科学技术大学 2013
[2]蝶翼式微陀螺零偏稳定性提升关键技术研究[D]. 侯占强.国防科学技术大学 2012
硕士论文
[1]单片三轴微加速度计结构设计与加工工艺优化[D]. 李青松.国防科学技术大学 2014
[2]高灵敏度蝶翼式微陀螺结构设计与加工工艺[D]. 曹世杰.国防科学技术大学 2014
[3]四叶片微陀螺结构设计与加工工艺研究[D]. 周泽龙.国防科学技术大学 2011
本文编号：3728666
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/3728666.html
