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.     

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.     

基于数字锁相环控制的硅微陀螺仪驱动模态分析与实验

为了有效控制硅微陀螺仪的驱动模态,采用基于数字锁相环的相位控制方案对驱动信号振动频率进行跟踪控制.首先,分析了硅微陀螺仪驱动模态的特点,提出了一种数字锁相环控制驱动信号频率的方法;其次,阐述了基于锁相环的硅微陀螺仪驱动模态闭环控制原理,并分析了锁相环频率控制的稳定性;然后,对锁相环控制的驱动模态频率变化和跟踪情况进行了仿真,验证了驱动频率动态跟踪特性;最后,设计了一种基于锁相环的FPGA数字电路控制方案,并制作成实际电路,同时,对硅微陀螺仪驱动模态的开环谐振频率驱动和闭环频率驱动进行了对比实验.结果表明,当温度在-40～60℃内变化时,该控制方案能够保证驱动频率时刻跟踪驱动模态谐振频率的变化,且跟踪相对误差为2.5×10-5.     

基于LabVIEW的硅微陀螺仪焊速测量系统

提出了用硅微陀螺仪对焊速进行测量的方法,设计了基于LabVIEW的数据采集测试系统,在搭建的焊接平台上进行了焊速测量.试验结果表明,该系统能够实时反映焊接速度,对完善全位置管道焊接全自动化具有指导意义.     

硅微陀螺仪零偏温度性能补控方法设计

首先从理论上推导了硅微陀螺仪谐振频率、品质因数、敏感信号输出及机械热噪声与温度之间的关系,进而说明了温度对陀螺仪零偏输出影响是各非线性因素综合作用的结果.然后,通过部分温度特性试验获得了硅微陀螺仪的模态谐振频率和品质因数随温度变化关系曲线.最后,根据实测零偏试验数据给出了分段多项式温度补偿方法,并进一步结合恒温控制方法改善补偿一致性效果,从而保证硅微陀螺仪硅结构体及其驱动检测电路不受外界温度变化的影响.结果表明,温补和温控技术相结合对提高陀螺仪的零偏稳定性有显著效果.     

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 ...     

基于傅里叶解调算法的硅微陀螺仪控制系统设计与试验

为了改善硅微陀螺仪控制精度,采用基于现场可编程门阵列(FPGA)实现的傅里叶解调算法,结合同步倍频采样技术,分别对硅微陀螺仪驱动轴检测信号和敏感轴检测信号进行解调.并借助自动增益控制(AGC)和锁相环(PLL)技术,实现硅微陀螺仪的闭环驱动控制和高精度解调输出.仿真和试验结果表明:相比于乘法解调,傅里叶解调算法具有更好的解调精度和更强的抗噪声能力;驱动振幅控制精度达到7.5×10-6,全温频率跟踪最大误差为50 mHz;试验陀螺的零偏稳定性由采用乘法解调算法的24.83(°)/h提高到采用傅里叶解调算法的10.65(°)/h.试验验证了傅里叶解调算法在硅微陀螺仪数字控制系统中的可行性和有效性.     

基于体硅工艺的微反射镜的原理性实验

基于体硅工艺的微反射镜具有体积小、质量轻、驱动电压低、偏转角度大等优点,在激光敌我识别和光通信等领域都有着广泛的应用。该文设计了一种基于体硅工艺的微反射镜,其偏转角度可以通过驱动电压控制;对这种结构建立了理论模型,对吸合电压、吸合角度和固有频率进行了分析;简要介绍了这种微反射镜的加工工艺;并对微反射镜样机做了原理性实验研究。微反射镜镜面面积为1240μm×980μm,最大偏转角度约为2.6°,吸合电压约为27V,固有频率为750Hz左右。     

多轴加工工艺系统综合动刚度建模与性能分析

建立了机床-刀具-工件整体工艺系统综合动刚度场模型,采用实验和仿真相结合的方法计算综合动刚度场.该动刚度场可反映整体工艺系统在工作空间中不同加工位置、不同刀具-工件相对姿态的综合动刚度分布规律.提出了表征整体工艺系统综合动刚度性能的指标,该指标能定量描述多轴加工工艺系统动刚度较弱的频率区间和刚度软化的程度,可用于指导加工稳定性建模与分析.     

硅微机械F-P腔结构及电场的有限元分析

提出一种硅基底微机械F-P腔结构,通过作为上反射镜的弹性膜的移动改变F-P腔的腔长,从而实现调谐的目的.利用有限元软件对其不同参数下的力学性能、电场耦合特性进行了有限元的计算机模拟与分析.从分析结果可知,弹性膜在所要求的工作范围内有足够的强度承受外加电压所产生的电场力的作用,而且弹性膜移动时仍然能够与下反射镜保持平行,从而保证了F-P腔的平行度,保证其作为滤波器或衰减器时的工作精度,为硅微机械F-P腔器件的设计提供了有效参数依据.     

多轴精密传动实验平台设计及动态特性分析

传动实验平台的动态特性对精密减速器测试结果的精度和可靠性有重要影响。以自行研制的新型多轴精密传动实验平台为分析对象,基于赫兹接触理论提出了交叉滚子直线导轨结合部刚度的计算方法;根据交错轴减速器测试的实际工况,利用弹簧单元模拟导轨结合部的接触特性,建立了实验平台在极限位置下的动力学模型;在此基础上利用有限元方法进行了理论模态分析,获得了平台的前4阶固有频率和模态振型;最后通过样机测试对平台的动态特性加以验证,得到平台实际工况下的最大振动速度为0.487mm/s。结果表明该新型传动实验平台满足精密设备的振动标准,具有良好的动态性能。     

CO2微通道气冷器的流场分解模拟及实验验证

为了研究CO₂流量分配不均匀度对气冷器流动特性和传热特性的影响,建立了跨临界CO₂制冷系统的微通道气冷器分解模型. 实验结果表明：随着CO₂制冷剂质量流量由110 kg/h增大到470 kg/h,扁平管内最大流量不均匀度由97% 降低到18%,流量是影响不均匀度的重要因素;流量分配不均度对CO2微通道气冷器的流动特性影响明显,而对传热特性影响较小. 比较了不同工况下相应的模拟结果与实验数据,平均换热系数误差为4.82%~38.25%,摩擦系数误差为6.09%~26.65%.