微机械陀螺仪的性能分析

研究了微机械振动轮式陀螺仪的工作原理和实现方法,提出了保证测量精度,提高动态测量带宽的闭环控制系统。从动力学模型出发,推导此类陀螺的检测输入角速度灵敏度,开环、闭环传递函数,交流反馈控制提取同相分量和抑制正交分量的原理,以及闭环控制改善动态测量频带的方法。分析指出,对于中等精度的微机械陀螺,采用静电力再平衡回路控制是必要且可行的。     

音叉式硅微机械振动陀螺仪的粘滞阻尼研究

粘滞阻尼的研究对硅微机械振动陀螺仪的设计至关重要。而品质因数的大小反映了阻尼特性。本文首先理论分析了硅微型机构振动陀螺仪粘滞阻尼的耗能,然后根据耗能分析给出了驱动结构和敏感结构的品质因数。     

改进型振动轮式硅微机械陀螺仪的研究

以Ｗ．Ｇｅｉｇｅｒ提出的改进型振动轮式微机械陀螺仪为研究对象，分析了结构参数其性能之间的内在联系，探讨了重力极及静电服力对它螺仪工作性能的影响，并以此为依据，提出音叉式驱动器叉指结构最佳间距的设计准则。     

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.     

微机械陀螺仪反馈控制器鲁棒性分析及闭环接口检测电路设计

在分析微机械陀螺仪静电力反馈检测结构的基础上,提出了一种对现有Sigma-Delta静电力反馈检测方式的改进设计.对微机械陀螺仪闭环检测系统进行了离散化处理.基于Lyapunov稳定性原理,构造了一类能够使系统有限时间稳定的输出反馈控制器,并对其鲁棒性能进行了分析.该电路系统在Cadence平台下使用AMS 0.35 ...     

微机械圆盘谐振器的结构分析

运用ANSYS对圆盘谐振器的结构进行有限元分析,并结合集总参数模型,确定了圆盘谐振器锚点尺寸与位置对圆盘谐振器性能的影响,包括谐振频率,振幅与品质因子(Q).在此基础上,提出了一种在圆盘谐振器高阶模式的节点环处做锚点的方案,不仅可以使圆盘谐振器工作在更高的谐振频率,同时也降低了微加工精度的要求.     

硅微机械振动轮陀螺仪动力学

捻地了硅微机振动轮陀螺仪的动力学方程,给出了它的运动规律,分析了载体绕空间任意轴匀速旋转时干扰力矩所引起的漂移率。     

支承硅微谐振器的弹性系统分析

对支承硅微谐振器的两种弹性系统－－直脚型和蟹脚型结构进行了全面的力学分析,给出了应力、位移及弹性常数等力学参量的计算方法,对两种结构进行了比较,并对蟹脚型结构进行了优化设计,优化后的结构其应力位移比值σｍａｘ／Ｘ的最小值可达２．５９４ＭＰａ／μｍ,分析结果对硅微结构的设计具有一定的指导意义。     

硅微机械悬臂梁谐振器的电热激励及光纤拾振技术的研究

用理论分析方法研究了硅微悬臂梁的电热激振机理，得到了微机械悬臂梁电热激励下的温度场分布，并推导出了镀膜双层硅微悬臂梁的电热激励热力矩。利用硅微机械加工工艺制作了双层结构硅微悬臂梁谐振器，通过在硅微悬臂梁上制作的热激励电阻，用电热方法对硅微谐振器实现了激振。设计了光纤传感检测系统用于硅微谐振器微弱谐振信号的拾取，并成功检测到了硅微谐振器的前3阶谐振信号。     

真空封装的硅微陀螺仪

研究了一种硅微陀螺仪,为了提高品质因数,将其封装在15.5 mm×6 mm的真空腔内.采用一种新方式实现了闭环自激驱动,该方式解耦了闭环驱动的相角和增益条件;优化设计了接口线路,消除了大部分耦合电容;推导开环检测时传递函数、静态灵敏度、带宽的表达式,并分析其影响因素.实验结果表明:驱动频率在1 h内相对变化量为0.000 22%;1 h内驱动幅度相对变化量为0.001 5%;标度因数为12 mV/(°.s-1),线性度为0.075 8%,陀螺输出信号噪声低于31.6μV/Hz12.     

叉指式硅微加速度计的结构设计

为了满足对中等精度的微机械加速度计的需求,讨论了一种硅片溶解法制造的平面叉指式加速度计,其敏感轴平行于检测质量平面。为了分析该种加速度计的分辨率和固有频率,分析了其机械模型和数值解,并且用有限元方法对几种设计尺寸进行了仿真。着重研究了几个关键尺寸,如检测质量厚度和梁的宽度的改变对分辨率和固有频率的影响,并且给出了此种结构在当前条件下的所能得到的测量分辨率极限。最后,给出了两种尺寸的设计,其大小约为１．５ｍｍ×１．５ｍｍ,检测质量厚１０μｍ和１５μｍ,相对于当地重力加速度,分辨率分别为５×１０－３和３×１０－３。     

半导体单晶硅的离子束蚀刻实验研究

离子束蚀刻是一种有超精细加工能力的微细加工技术,广泛应用于微电子、光子技术、表面科学等领域。硅及其化合物常用来制作大规模集成电路,在其表面蚀刻出具有一定几何布图尺寸的沟槽。其深度、宽度、边壁倾角及槽底形状等直接影响器件的性能。     

静电悬浮微机械加速度计设计

设计了一种基于静电悬浮原理的微机械加速度计。它采用三明治结构的微敏感元件,电容式位移检测方案及静电力悬浮控制方案。着重对敏感元件的主要结构设计、参数的选取、支承静电力的计算以及量程极限、精度极限等问题进行了分析,表明在目前技术条件下,可以实现量程约5g,精度为10-5g的悬浮微加速度计。设计并加工出一种圆环形结构的敏感元件,已实现了Z轴方向的静电悬浮及加速度测量,证明设计方案是可行的,进一步研究可实现三轴悬浮加速度计。     

基于多尺度方法的单晶硅纳米切削

通过在关键区域采用分子动力学(原子)描述、在远场弹性变形区域采用有限元(连续介质力学)描述建立了单晶硅纳米切削的多尺度模型。在边界区域,分子动力学和有限元互为彼此提供边界条件从而实现分子动力学区域和有限元区域的耦合。利用多尺度模型研究了单晶硅的纳米切削过程,结果表明纳米切削中工件以推挤的方式在刀具前方形成切屑。纳米切削中工件的原子键长分布、不同配位数的原子数变化和工件MD区域的原子构型的研究表明,纳米切削中发生了4配位的金刚石立方α-Si向6配位的β-Si结构的转变,即相变是纳米切削中硅的主要变形机制。该研究实现了单晶硅纳米切削的多尺度建模,为进一步探索纳米切削的微观机理提供了一种有效手段。     

非水体系中磷酸镓大单晶合成与结构

非水体系中制备了GaPO4单晶,用X射线测定晶体结构的方法对化合物进行了表征.晶胞参数α=0.490 8lnm,b=0490 8lnm,c=1.1.106nm,α=90°,β＝90°,γ=120°.结构中的镓和磷均与氧形成四面体配位,骨架中的氧为二桥氧.无Ga-P连接方式,质子化的乙二胺阳离子未在孔道中.     

非水体系中磷酸镓大单晶合成与结构

非水体系中制备了GaPO4单晶,用X射线测定晶体结构的方法对化合物进行了表征.晶胞参数a=0.4908lnm,b=0.4908lnm,c=l.1066nm,α=90°,β=90°,γ=l20°.结构中的镓和磷均与氧形成四面体配位,骨架中的氧为二桥氧.无Ga-P连接方式,质子化的乙二胺阳离子未在孔道中.     

激光作用生成的网孔硅结构

作者结合量子受限效应,提出纳硅晶与氧化硅界面态发光模型来解释激光作用生成的纳米网孔壁结构的强荧光效应。将功率为50W、波长为1064nm的YAG激光束(束斑直径0.05mm)照射在硅样品表面打出小孔,在孔内的侧壁上,有很特殊的网孔形结构,其中的网孔壁厚为纳米尺度,这里有很强的受激荧光发光效应,发光峰中心约在700nm处。我们将激光与硅样品的作用隔离于无氧化的环境里,分别比较了将硅样品浸入酒精、氢氟酸和水中的激光加工结果,其发光情况证实了该发光模型的真实性。优化激光加工的条件,我们获得了较强发光的样品。     

高精度陀螺仪力矩器施矩电路的设计

介绍了陀螺仪力矩器施矩电流的产生原理以及数字——施矩电流转换电路的二元调宽实现，详细阐述了二元调宽脉冲施矩软件和硬件电路的设计方法．经过实验测试和工程实践，该电路工作稳定，达到了系统精度要求．     

LaSrGaO4:Cu2+晶体电子顺磁共振参量和缺陷结构的研究

采用3d9离子在四角对称中的高阶微扰公式,计算了LaSrGaO:Cu2+晶体的电子顺磁共振（EPR）参量g因子g∥,g⊥和超精细结构常数A∥,A⊥.计算结果与实验值较好符合.由于晶体中顺磁杂质中心的EPR参量与其缺陷结构密切相关,本计算还获得了Cu2+杂质中心缺陷结构的信息.我们对上述结果进行了讨论.     

基于低阶自适应模型及时滞补偿的单晶硅直径控制研究

直拉单晶硅直径与功率之间是一个复杂的四阶振荡系统,并有一定的惯性滞后,因此,使用常规方法控制该系统不能获得满意的性能.采用自适应降阶模型加时滞环节拟合复杂高阶系统,并进行时滞补偿控制.仿真结果表明:带有时滞环节的自适应降阶模型具有良好的自动拟合复杂系统及时滞补偿能力,使得直径控制系统具有良好的动静态性能.