【摘 要】
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为了实现三轴检测微陀螺仪的单片集成,本文提出了一种完全对称的四方陀螺结构。文中首先介绍了该课题的研究背景及研究意义,说明了所设计的陀螺的工作原理,提出了动力学简化
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为了实现三轴检测微陀螺仪的单片集成,本文提出了一种完全对称的四方陀螺结构。文中首先介绍了该课题的研究背景及研究意义,说明了所设计的陀螺的工作原理,提出了动力学简化模型,并给出了相应的动力学方程的详细推导,对该陀螺进行了阻尼分析。文章随后给出了陀螺的结构设计方案,对陀螺的交叉耦合效应进行了分析,并计算出了陀螺的部分性能参数。文中利用软件对陀螺结构进行了仿真分析,对陀螺进行了幅频特性分析、静态分析以及模态分析,并重点分析了陀螺中的弹性梁,以研究弹性梁尺寸对陀螺性能的影响。分析与计算结果表明,该陀螺在标准大气压下的驱动模态以及z轴检测模态品质因数分别可以达到9826、9834,而x/y轴检测模态品质因数为348,通过真空封装以及开阻尼孔的方法可以大大提高这一性能。陀螺的z轴、x/y轴检测灵敏度分别为30.192 fF/(°/s)以及38.541 fF/(°/s),在施加100G载荷下所受最大应力为1.942MPa,陀螺各模态的固有频率分别为57.345KHz、57.382KHz以及57.395KHz,各模态间匹配性能较好。对陀螺结构的研究结果表明该陀螺基本满足了设计要求。文章随后对陀螺的接口电路进行了分析,设计了其驱动-检测电路的框架结构,并分析了其中部分关键子电路。最后介绍了MEMS陀螺的加工工艺,基于SOI工艺设计了陀螺的制备工艺流程。
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