抗过载微陀螺结构的高灵敏设计与仿真

为解决高过载微陀螺难以实现高灵敏检测的问题,设计了一种高灵敏且高过载的微陀螺结构。设计的微陀螺结构驱动模态与检测模态的频率高度匹配,提高了微陀螺的结构灵敏度。该微陀螺采用面内检测方式,驱动与检测模态阻尼类型主要为滑膜阻尼,实现了在大气压环境下微陀螺的高品质因数Q值设计。微陀螺均采用双悬臂梁设计,增加了微陀螺结构的稳定性,进而提高了其抗过载能力。最后通过微陀螺的器件级仿真,得到了所设计陀螺结构在驱动方向过载能力约为100 000g(g=9.8m/s^2),检测方向过载能力约为70 000g的前提下,结构灵敏度为53nm/[(°)/s]。

常压封装下隧道磁阻微陀螺的高灵敏结构设计

针对现有微陀螺难以实现常压封装下高灵敏检测的难题,设计了两种应用隧道磁阻效应检测的微陀螺结构,分别采用面内检测与离面检测,本文从阻尼与检测磁场两方面对二者性能进行分析。首先通过对二者阻尼的计算,得到常压下面内检测结构的灵敏度为35.18 nm/(°/s),离面检测结构的灵敏度为3.19 nm/(°/s),面内结构比离面结构的灵敏度高约10倍,从阻尼方面考虑,采用面内检测的结构更优;其次设计了应用于两种结构中的检测磁场,得到了面内检测磁场相比于离面检测磁场具有更高的磁场变化率,更好的磁场一致性,从磁场方面考虑,同样得到面内检测的微陀螺结构更优。因此,应用面内检测结构可以实现隧道磁阻微陀螺在常压下的高灵敏检测。

谐振式巨磁阻微机械陀螺噪声分析

巨磁阻效应微陀螺具有高灵敏、低噪声等优点.本文详细阐述了巨磁阻效应微陀螺的工作原理,设计了微陀螺结构,其驱动方向频率为5 553.7Hz,检测方向频率为5 556.7Hz,频率差仅为3Hz,实现了模态的良好匹配.设计了应用于该微陀螺中的检测磁场,测试了一款巨磁阻器件的灵敏度,基于上述结果完成了巨磁阻微陀螺的系统级仿真,并分析了巨磁阻微陀螺的噪声组成以及噪声的计算.仿真结果表明,将巨磁阻效应应用于陀螺的角速率信号检测中,可以实现灵敏度为46 mV·((°)/s)-1,噪声为7.826×10-3((°)/h)·(Hz)-1的信号检测.

谐振式微陀螺中通孔质量块阻尼建模研究

针对由于谐振式微陀螺阻尼现有计算模型的局限性,导致微陀螺性能设计指标与实测指标相差较大的难题,重点研究了微陀螺中通孔质量块水平振动时阻尼形成的机理,考虑了空气阻尼、热弹性阻尼及其耦合作用的影响,提出了通过确定修正系数的方法计算微陀螺通孔质量块阻尼的思路,建立了通孔质量块水平振动阻尼模型,并将其用于通孔微谐振器的阻尼计算.试验表明,利用新模型计算的通孔微谐振器水平振动阻尼与测试值的误差约为1.5%.