圆片级真空封装蝶翼式微陀螺优化设计
发布时间：2021-07-21 10:18
陀螺仪是智能系统的关键组成部分之一,它能够测量运动载体相对于惯性空间旋转角速度运动参数,被广泛的应用于军事和民用领域。MEMS微陀螺具有尺寸小、可靠性高、功耗低、成本低、易于批量制造等优势,特别适用于需求量大、追求成本低的应用领域,因而受到了各国的高度重视。本论文以蝶翼式微陀螺作为研究对象,为提高陀螺性能并适应大尺寸圆片级真空封装批量化工艺,对其结构尺寸进行小型化改进设计。论文从动力学理论分析、非线性振动系统理论建模、结构优化设计、容差能力分析、正交误差控制等方面开展了研究,主要研究内容如下:1、以圆片级真空封装蝶翼式微陀螺为研究对象,完成了蝶翼式微陀螺敏感结构的整体优化设计,阐述了蝶翼式微陀螺敏感结构的工作原理,建立了蝶翼式微陀螺关于驱动振动幅值和灵敏度等主要参数的理论模型;在此基础上,获得了蝶翼式微陀螺的理论性能参数,为后续结构优化设计建立了设计目标;介绍了陀螺非线性振动系统原理,并建立了蝶翼式微陀螺驱动模态和检测模态的非线性理论模型。2、对蝶翼式微陀螺的振动梁进行了优化设计和容差能力分析。蝶翼式微陀螺的整体尺寸缩减5.6倍,导致振动梁对工艺误差更加敏感。论文研究了蝶翼式微陀螺加工...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
微陀螺的高、中、低应用领域及其不同的特点MEMS微陀螺有别于其他类型的陀螺，其最显著的优点体现在小体积和低功耗
国防科技大学研究生院博士学位论文第19页图1.36东南大学的解耦音叉陀螺南京理工大学发布了一种双质量块音叉陀螺，他们建立了加工工艺误差导致陀螺发生模态耦合现象的理论模型，深入研究了陀螺非线性特性和温度变化之间的影响关系。为降低噪声与ASIC芯片实现集成，该陀螺的制备工艺过程中采用圆片级封装。陀螺样机测试得到Allan方差零偏不稳定性达到0.18o/h，带宽大于200Hz，量程为±300o/s，标度因数非线性为136.6ppm[96-98]。图1.37南京理工大学的双质量块音叉陀螺西安工业大学以一种Z轴线振动式微陀螺作为研究对象，重点分析了工艺允差问题。首先分析了无缺陷理想状态下，陀螺的动力学模型和动力学方程，计算了陀螺模态的位移幅值、模态Q值、机械灵敏度和工作带宽等；之后，对加工工艺中导致的陀螺质心移位、梳齿刻蚀尺寸误差、梁尺寸误差、热应力变形误差进行分析，理论分析各工艺误差对陀螺性能的影响，提出了具体的工艺允差范围[99]。(a)Z轴线振动式陀螺结构(b)微梳齿的电镜图图1.38西安工业大学的一种Z轴线振动式微陀螺
国防科技大学研究生院博士学位论文第19页图1.36东南大学的解耦音叉陀螺南京理工大学发布了一种双质量块音叉陀螺，他们建立了加工工艺误差导致陀螺发生模态耦合现象的理论模型，深入研究了陀螺非线性特性和温度变化之间的影响关系。为降低噪声与ASIC芯片实现集成，该陀螺的制备工艺过程中采用圆片级封装。陀螺样机测试得到Allan方差零偏不稳定性达到0.18o/h，带宽大于200Hz，量程为±300o/s，标度因数非线性为136.6ppm[96-98]。图1.37南京理工大学的双质量块音叉陀螺西安工业大学以一种Z轴线振动式微陀螺作为研究对象，重点分析了工艺允差问题。首先分析了无缺陷理想状态下，陀螺的动力学模型和动力学方程，计算了陀螺模态的位移幅值、模态Q值、机械灵敏度和工作带宽等；之后，对加工工艺中导致的陀螺质心移位、梳齿刻蚀尺寸误差、梁尺寸误差、热应力变形误差进行分析，理论分析各工艺误差对陀螺性能的影响，提出了具体的工艺允差范围[99]。(a)Z轴线振动式陀螺结构(b)微梳齿的电镜图图1.38西安工业大学的一种Z轴线振动式微陀螺
【参考文献】：
期刊论文
[1]惯性导航技术浅析[J]. 董进武. 仪表技术. 2017(01)
[2]论混合式惯性导航系统[J]. 冯培德. 中国惯性技术学报. 2016(03)
[3]基于9DOF IMU的AUV惯性导航技术研究[J]. 杨磊,庞硕,杨耀民,景春雷,高伟,刘庆亮,马俊. 计算机测量与控制. 2016(03)
[4]机载惯性导航技术综述[J]. 雷宏杰,张亚崇. 航空精密制造技术. 2016(01)
[5]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)
[6]硅微机械陀螺仪测控电路的温度补偿[J]. 曹慧亮,李宏生,王寿荣,杨波,黄丽斌. 光学精密工程. 2013(12)
[7]基于驱动频率的硅微陀螺零偏补偿方法研究[J]. 满海鸥,肖定邦,吴学忠,陈志华,侯占强. 传感技术学报. 2012(05)
[8]硅微陀螺仪零偏温度性能补控方法设计[J]. 夏敦柱,王寿荣,周百令. 东南大学学报(自然科学版). 2012(02)
[9]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)
[10]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)
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]半球谐振陀螺误差建模补偿与力平衡控制方法研究[D]. 王旭.国防科学技术大学 2012
硕士论文
[1]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
本文编号：3294834
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
微陀螺的高、中、低应用领域及其不同的特点MEMS微陀螺有别于其他类型的陀螺，其最显著的优点体现在小体积和低功耗
国防科技大学研究生院博士学位论文第19页图1.36东南大学的解耦音叉陀螺南京理工大学发布了一种双质量块音叉陀螺，他们建立了加工工艺误差导致陀螺发生模态耦合现象的理论模型，深入研究了陀螺非线性特性和温度变化之间的影响关系。为降低噪声与ASIC芯片实现集成，该陀螺的制备工艺过程中采用圆片级封装。陀螺样机测试得到Allan方差零偏不稳定性达到0.18o/h，带宽大于200Hz，量程为±300o/s，标度因数非线性为136.6ppm[96-98]。图1.37南京理工大学的双质量块音叉陀螺西安工业大学以一种Z轴线振动式微陀螺作为研究对象，重点分析了工艺允差问题。首先分析了无缺陷理想状态下，陀螺的动力学模型和动力学方程，计算了陀螺模态的位移幅值、模态Q值、机械灵敏度和工作带宽等；之后，对加工工艺中导致的陀螺质心移位、梳齿刻蚀尺寸误差、梁尺寸误差、热应力变形误差进行分析，理论分析各工艺误差对陀螺性能的影响，提出了具体的工艺允差范围[99]。(a)Z轴线振动式陀螺结构(b)微梳齿的电镜图图1.38西安工业大学的一种Z轴线振动式微陀螺
国防科技大学研究生院博士学位论文第19页图1.36东南大学的解耦音叉陀螺南京理工大学发布了一种双质量块音叉陀螺，他们建立了加工工艺误差导致陀螺发生模态耦合现象的理论模型，深入研究了陀螺非线性特性和温度变化之间的影响关系。为降低噪声与ASIC芯片实现集成，该陀螺的制备工艺过程中采用圆片级封装。陀螺样机测试得到Allan方差零偏不稳定性达到0.18o/h，带宽大于200Hz，量程为±300o/s，标度因数非线性为136.6ppm[96-98]。图1.37南京理工大学的双质量块音叉陀螺西安工业大学以一种Z轴线振动式微陀螺作为研究对象，重点分析了工艺允差问题。首先分析了无缺陷理想状态下，陀螺的动力学模型和动力学方程，计算了陀螺模态的位移幅值、模态Q值、机械灵敏度和工作带宽等；之后，对加工工艺中导致的陀螺质心移位、梳齿刻蚀尺寸误差、梁尺寸误差、热应力变形误差进行分析，理论分析各工艺误差对陀螺性能的影响，提出了具体的工艺允差范围[99]。(a)Z轴线振动式陀螺结构(b)微梳齿的电镜图图1.38西安工业大学的一种Z轴线振动式微陀螺
【参考文献】：
期刊论文
[1]惯性导航技术浅析[J]. 董进武. 仪表技术. 2017(01)
[2]论混合式惯性导航系统[J]. 冯培德. 中国惯性技术学报. 2016(03)
[3]基于9DOF IMU的AUV惯性导航技术研究[J]. 杨磊,庞硕,杨耀民,景春雷,高伟,刘庆亮,马俊. 计算机测量与控制. 2016(03)
[4]机载惯性导航技术综述[J]. 雷宏杰,张亚崇. 航空精密制造技术. 2016(01)
[5]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)
[6]硅微机械陀螺仪测控电路的温度补偿[J]. 曹慧亮,李宏生,王寿荣,杨波,黄丽斌. 光学精密工程. 2013(12)
[7]基于驱动频率的硅微陀螺零偏补偿方法研究[J]. 满海鸥,肖定邦,吴学忠,陈志华,侯占强. 传感技术学报. 2012(05)
[8]硅微陀螺仪零偏温度性能补控方法设计[J]. 夏敦柱,王寿荣,周百令. 东南大学学报(自然科学版). 2012(02)
[9]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)
[10]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)
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]半球谐振陀螺误差建模补偿与力平衡控制方法研究[D]. 王旭.国防科学技术大学 2012
硕士论文
[1]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
本文编号：3294834
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