一种高灵敏度电容式波动陀螺的设计与分析

基于固体波动陀螺灵敏度高、可靠性好、动态范围宽等突出优点,本文研究了一种全新的高灵敏度电容式微机电环形波动陀螺。首先设计了微机电环形波动陀螺的敏感结构与整体结构,并分析了工作特性与敏感原理;其次建立了环形敏感结构的灵敏度数值模型,分析了灵敏度与主要设计参数的关系;最后对环形敏感结构进行了模态仿真、静电驱动分析、灵敏度分析与极限位移分析,得到了该微机电环形波动陀螺的谐振频率为6.036 0 kHz,在2.906 8μm的驱动激励下机械灵敏度为0.003 6μm/°,最大静态应力为19.82 MPa。分析结果表明该陀螺敏感结构设计合理,能够实现高灵敏度的角速度敏感,为进一步研制高灵敏度MEMS陀螺奠定了基础。

微机电固态波动陀螺敏感结构设计与分析

基于微机电固态波动陀螺的工作原理,设计了一种全对称的S形弹性梁环形波动陀螺敏感结构。首先设计了微机电环形固态波动陀螺的环形敏感结构,并分析了其动力学方程与角度敏感原理。其次,在有限元软件中建立了S形弹性梁环形波动陀螺敏感结构的微机械模型,仿真分析了敏感结构的运动模态与幅频响应。模态仿真表明该S形弹性梁环形波动陀螺敏感结构的1~10阶模态中,中心频率为9.2897~9.2914 kHz的第7、8阶模态为面内的四波腹椭圆弯曲振动,可以作为环形陀螺的基础工作模态。幅频响应分析表明在0~10 kHz的频段上只有一个振动模态被激发且中心频率为9.2897、9.2914 kHz,谐振幅值为0.673μm,该模态的频率与模态分析的中心频率一致,验证了敏感结构设计的合理性,为其进一步的研究与工程化提供了必要的理论基础。