微机械振动陀螺隔离耦合的结构设计

微机械振动陀螺是新型的惯性元件,其误差源主要有微机械结构的Brownian噪声、电路噪声、机械耦合误差,以及电子机械耦合误差等,这些误差严重影响着陀螺仪的精度,由于制造误差等引起的机械耦合误差,可以通过改善陀螺仪的结构来减小耦合误差,文中从结构设计方面,提出单级隔离耦合和双级隔离耦合的结构方案,有效减小机械耦合误差,提高了精度。     

结构解耦的双质量微陀螺仪结构方案设计与仿真

为了解决双线振动双质量微机械陀螺驱动和检测模态耦合的问题,提出了一种新的双质量双线振动式微机械陀螺仪结构方案,并对驱动和检测梳齿的电容布置以及梁的结构形式进行了设计.根据微陀螺的结构和工作原理,对该陀螺的驱动和检测模态进行了理论分析,给出了简化的动力学方程,并利用ANSYS有限元分析软件进行了数值仿真,以验证设计思想的正确性.仿真结果表明,双质量块和折叠梁的设计使该微陀螺能够实现驱动和检测模态的完全解耦.在仿真验证的基础上,通过调节结构参数实现了陀螺驱动模态与敏感模态固有频率的匹配及其与干扰模态的隔离.2个质量块的差动输出能够有效减小共模信号的干扰,变面积式的梳齿电容布置方式能使微陀螺在空气下的模态品质因数显著提高.该结构设计方案能使微陀螺的整体性能得到提高,达到了理想的设计目的.     

双质量硅微机械陀螺固有频率温度特性研究

为提高双质量硅微机械陀螺温度特性,该文对陀螺固有频率进行了温度特性研究。分别对杨氏模量温度系数、热应力和材料的热膨胀系数三种因素导致的陀螺固有频率随温度变化特性进行了理论数值计算和有限元仿真分析。为避免由于电路、杂散电容和其他因素引入的测量误差,提出了基于振铃原理的硅微机械陀螺固有频率测量方法。采用该方法在高精度恒温箱中测量了不同环境温度下双质量硅微机械陀螺的固有频率,并计算了陀螺固有频率温度系数。误差分析表明该测量方法测量高品质因数陀螺的固有频率精确度高。实验数据验证了理论分析和仿真结果,杨氏模量温度系数是导致硅微机械陀螺固有频率随温度变化的最主要因素,并且硅微陀螺固有频率与温度近似成线性关系。研究结论为双质量硅微机械陀螺的温度优化设计提供了理论依据。     

基于子结构法的微机械陀螺性能解析

在微机械陀螺性能健壮性设计的研究中,为了解决微陀螺性能解析的高精度和计算时间的问题,以体微机械加工技术制备的音叉振动式微机械陀螺结构为研究对象,提出了基于子结构法的微结构动态性能解析法.在实现了微陀螺的高精度解析和分析的基础上,进行了微陀螺弹性梁优化设计,得到了性能优良的微陀螺弹性梁结构.通过实例解析,不仅验证了基于子结构法的微结构动态性能解析法的有效性,而且证明了其在微机械陀螺性能设计中的潜在价值.     

自组装法制备丝心蛋白微球

采用自组装法以脱胶天然蚕丝为原料,制备了丝心蛋白微球.对影响微球的成球效果的因素如搅拌速度、乙醇(Et OH)用量、丝心蛋白(SF)浓度和冷冻温度进行了初步探索.结果表明:当V(Et OH)/V(SF)=1︰20,w(SF)=7.0%时,以n=100 r/min的速度进行搅拌,再放入-20℃环境下冷冻24 h最后室温融化,可获得较理想的丝心蛋白微球.     

采用DDSOG工艺加工Z轴微机械陀螺仪实验

从理论上分析了Z轴微机械陀螺仪结构的工作机理,比较了体硅薄片融解工艺和DDSOG工艺的优缺点.介绍了采用DDSOG工艺加工的Z轴微机械振动陀螺的特点,并与采用体硅薄片融解工艺加工的相同Z轴微机械振动陀螺进行了残余应力、品质因数及灵敏度等性能参数的比较,采用DDSOG工艺后陀螺的驱动品质因数是原来体硅薄片融解工艺的1.45倍,而检测品质因数是原来的0.11倍.最后,比较了采用2种不同工艺加工后Z轴微机械陀螺的实验结果,结果表明采用DDSOG工艺加工后陀螺的灵敏度比原来采用体硅薄片融解工艺加工的陀螺的灵敏度提高了近10倍.     

微机械陀螺数字读出系统及其解调算法

为实现灵活的参数调整、改善陀螺的控制性能和进行误差补偿,提出了一种用于微机械陀螺的数字读出系统。该系统通过对陀螺输出信号进行数字化,并采用浮点数字信号处理器(DSP)进行反馈控制和算法解调,实现了对微机械陀螺中的微小电容的检测,其中的解调算法采用了最小均方误差解调(LMSD)技术。仿真和实验结果表明:LMSD算法使噪声水平比经典的乘法解调算法下降了29%;将该数字读出系统用于大气条件下工作的一种振动轮式微机械陀螺,噪声水平达到0.0073(°)/(s.Hz-1/2),带宽为100Hz。     

浅谈DS3级微倾式水准仪i角误差的调修

为进一步提高DS3级微倾式水准仪的测量精度,降低由i角误差带来的测量误差,针对造成i角误差的主要来源,如脚螺旋故障、望远系统故障、望远镜筒与中轴基座连接故障、符合水准器影像故障等,提出了相应的调修、处理方法。该调修、处理方法为笔者多年从事调修和检定工作的经验总结,能有效缩短修理时间,提高检定工作的效率,对水准仪i角误差的调修、检定具有很高的实用价值。     

石英音叉陀螺机械及静电耦合误差的消除

为了消除石英音叉陀螺中音叉不对称产生的机械耦合误差及驱动电极与拾取电极间分布电容引入的静电耦合误差,分别采用了质量平衡调节消除机械耦合误差及设计补偿电路消除静电耦合误差的方法.实验结果表明,该方法基本消除了石英音叉陀螺的机械和静电耦合误差,陀螺性能得到明显提高.     

海藻酸钠微球制备工艺优化及其对球形及粒径的影响

选用相容性好、无毒且可降解的海藻酸钠作为基质材料,采用W/O乳化-离子交联法制备海藻酸钠微球。考察了内外部固化方法、油/水相体积比、乳化剂用量、搅拌速度以及海藻酸钠溶液质量分数等主要工艺参数对微球形貌、粒径大小及分布的影响,从而确定较为理想的微球制备工艺。实验结果显示,当油/水相体积比1∶1、乳化剂用量为6滴司盘-80和2滴吐温-80、搅拌速度500 r/min、海藻酸钠溶液质量分数为2%以及使用外部固化法时,制备得到的海藻酸钠微球球形度较好,粒径分布较窄,主要在7μm~40μm范围内,其在水中分散性良好。在所有工艺条件中,水相中海藻酸钠的质量分数对微球粒径和分散性起主要作用。     

石英音叉陀螺阻抗特性的实验研究

为改善石英音叉的质量,提高陀螺性能,采用了质量平衡调节叉指对称性的方法改善音叉阻抗特性,测试了阻抗特性对音叉驱动及机械耦合误差的影响.实验结果表明,通过对驱动叉指的对称性进行质量平衡调节,驱动叉指的品质因数明显提高,驱动电压明显下降,机械耦合误差也得到有效消除,音叉阻抗特性得到改善.     

双H型石英音叉陀螺驱动信号频率跟踪算法的研究

为提高双H型石英音叉陀螺驱动信号的稳定性,基于DSP设计了一种数字化闭环控制电路,依据双H型石英音叉陀螺在串联谐振频率点处工作时驱动叉指振动的幅度随频率变化的影响最小,通过相位控制实现了驱动信号频率的跟踪,并利用希尔伯特变换产生了一对正交的参考信号用作相位检测.实验结果表明,双H型石英音叉陀螺工作稳定后,驱动信号频率跟踪算法的相位标准差为4mrad,精度达到0.003 4Hz.     

微石英音叉陀螺激励与检测电极的研究

根据弹性力学和静电理论建立压电梁弯曲振动时晶体内电场分布的泊松方程,研究微石英音叉陀螺不同形式的激励与检测电极的性能,对泊松方程求解,得出了几种典型电极形式下压电梁内电场的分布表达式,计算驱动电极的等效体力和检测电极的压电电流。根据等效体力和压电电流的大小确定出了最佳驱动电极和检测电极的形式,给出了微石英音叉陀螺电极性能的研究方法。     

微石英音叉陀螺角速度信号提取方法的研究

研究微石英音叉陀螺的工作原理和微弱角速度信号的提取方法．从石英音叉陀螺敏感振动的近似动力学方程出发，推导了由哥氏惯性力引起的稳态和暂态振动信号以及陀螺检测输入角速度的灵敏度，并分析了材料各向异性与加工误差引起的正交误差信号特点，在此基础上分析了包含角速度信息的稳态信号与暂态信号、正交误差信号的差异，指出利用相关检测技术可在强背景噪声条件下提取出角速度信号，并通过数字仿真验证了角速度提取方案的可行性．     

基于摄动法的微机械陀螺随机性能的统计分析

以一种通过体微机械加工技术制备的音叉振动式微机械陀螺为对象,基于随机摄动技术定量计算了微陀螺固有频率变异和检测输出电容变异的统计特征,以概率思想表达了微陀螺批量加工过程所带来的材料/尺寸随机误差对其性能的影响.通过所提出的影响因子这一概念反映了微陀螺参数变异对性能变异的敏感度.在详尽分析微陀螺众多参数影响因子的基础上获得了微陀螺最为关键的5个参数.这有限关键参数的获得,不仅为微陀螺的健壮性设计提供了方向,同时也为实际微陀螺的加工控制提供了量化的参考依据.     

微石英音叉电学参数的有限元分析

以U形石英音叉为例，用耦合电压自由度的方式模拟电极，提出了石英音叉的静态集总电容模型，用有限元分析中的静态分析方法计算了静态电容参数．通过对电极作短路和开路处理，分别用模态分析和谐波响应分析方法计算了石英音叉的本征频率，两种分析计算结果相同．根据本征频率计算了石英音叉的动态等效电路参数，计算值在实测值的离散范围内．最后综合运用模态分析、谐波响应分析方法计算了石英音叉传感器的电压和电荷灵敏度；可为设计传感器放大电路提供必要的参考。     

微机械音叉陀螺仪的研究

微机械音叉陀螺仪是一种用于测量角速度的微型惯性器件,在许多领域都有极其广泛的应用,是当今微米／纳米技术发展的一个主要方向。本文论述其结构组成,分析了其工作机理,探讨了其检测电极的最佳间距,并给出了提高其灵敏度的途径。