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“工程制图”课程思政体系建设与实践探索
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作者 王朝光 张湘 肖定邦 《大学(思政教研)》 2024年第8期72-75,共4页
课程思政是高等教育院校践行“三全育人”理念的重要方式和实践活动。工程制图基础是工科类大学生必修基础课,具有受众面广、介入时间早、基础性强、影响力大等特点,是学生开启工程学习,提升工程素养,树立工程观、价值观的重要载体,对... 课程思政是高等教育院校践行“三全育人”理念的重要方式和实践活动。工程制图基础是工科类大学生必修基础课,具有受众面广、介入时间早、基础性强、影响力大等特点,是学生开启工程学习,提升工程素养,树立工程观、价值观的重要载体,对大学生的价值取向具有引领作用。文章以工程制图课程思政体系和教学方法为研究对象,在课程知识体系的基础上,进一步构建了“点—线—面—体”的课程思政体系,提供了教学各阶段的思政目标和思政案例,辨析了课程思政过程中的“时”与“机”,“度”与“量”以及课程思政特色等问题。文章基于大量教学实践,梳理了部分思政案例,总结了教学实践中的共性问题,具有显著工程学课程特色,可以为工程制图课程思政提供借鉴和参考,同时为其他工科课程的思政教学提供一定思路。 展开更多
关键词 课程思政 工程制图 思政体系 课程特色
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电容式MEMS陀螺电极间隙标定方法研究
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作者 刘高 侯占强 +2 位作者 邝云斌 肖定邦 吴学忠 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第4期499-503,共5页
该文以蝶翼式陀螺为研究对象,研究了电容式微机电系统(MEMS)陀螺电极间隙标定的方法。提出了一种基于谐振测量的电学标定方法,设计了基于调制解调技术的高精度微弱电容检测电路,并可以通过开关控制实现蝶翼式陀螺不同接口电容电极间隙... 该文以蝶翼式陀螺为研究对象,研究了电容式微机电系统(MEMS)陀螺电极间隙标定的方法。提出了一种基于谐振测量的电学标定方法,设计了基于调制解调技术的高精度微弱电容检测电路,并可以通过开关控制实现蝶翼式陀螺不同接口电容电极间隙的测量与标定。基于陀螺工作原理建立了电极间隙理论分析模型,推导了电容间隙与输出电压之间的关系,搭建了电极间隙测量与标定平台,测量了多个陀螺不同电极的间隙,并与采用电容-电压(CV)分析仪、台阶仪的测试结果进行了对比。与CV分析仪测试方法相比,该方法可有效地避免寄生电容的影响,在寄生电容未知的情况下可准确测量出有效电极间隙,同时具有更高的分辨率。与台阶仪测试方法相比,该方法可以准确反映实际电极位置的间隙大小。被测陀螺的电极间隙理论设计值为2μm,采用该文提出的方法测试值分布范围为1.92~2.2μm,采用CV分析仪测试结果为2.004μm(寄生电容已知),采用台阶仪平均测试值为2.11μm。 展开更多
关键词 电容式 微机电系统(MEMS)陀螺 谐振测量 电极间隙 标定方法
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蝶翼式MEMS加速度计温度稳定性提升方法 被引量:5
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作者 蒲金飞 侯占强 +3 位作者 虢晓双 曾承志 肖定邦 吴学忠 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期235-239,共5页
环境温度变化造成的热应力是影响MEMS加速度计性能的关键因素。为了提升MEMS加速度计温度稳定性,以蝶翼式MEMS加速度计为研究对象,分别在敏感芯片上设计应力释放结构和敏感芯片与陶瓷基底之间设计应力隔离结构。利用有限元分析工具COMSO... 环境温度变化造成的热应力是影响MEMS加速度计性能的关键因素。为了提升MEMS加速度计温度稳定性,以蝶翼式MEMS加速度计为研究对象,分别在敏感芯片上设计应力释放结构和敏感芯片与陶瓷基底之间设计应力隔离结构。利用有限元分析工具COMSOL对有无应力释放和隔离结构的情况进行了对比仿真,结果表明敏感单元上的敏感梁应用应力释放结构只有原结构最大应力水平的0.3%,封装时采用应力隔离结构间接连接比原直接连接方式最大应力下降一个数量级。采用微机械加工技术和微电子工艺技术结合的MEMS加工工艺实现含应力隔离结构的加速度计原理样机制作。对样机进行温度测试,试验结果表明有应力释放与隔离结构在-40°C~60°C区间的漂移量比无应力释放与隔离结构提升约3.5倍,验证了应力释放与隔离结构对温度稳定性提升的有效性,研究结果可以为加速度计在高性能、恶劣环境下的应用提供参考。 展开更多
关键词 MEMS加速度计 应力释放与隔离结构 温度稳定性 MEMS加工工艺
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基于蝶翼式MEMS振动传感器的轴承故障信号检测方法 被引量:4
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作者 蒲金飞 侯占强 +4 位作者 吴学忠 肖定邦 曾承志 陈伟琪 李修文 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期433-439,共7页
轴承是旋转机械最易发生故障的零件,一旦发生故障,就会影响整个机械系统的运行,因此,对轴承的运行状态进行有效的监测意义重大。提出了一种基于蝶翼式MEMS振动传感器的轴承故障信号检测方法,具体介绍了蝶翼式MEMS振动传感器的设计、加... 轴承是旋转机械最易发生故障的零件,一旦发生故障,就会影响整个机械系统的运行,因此,对轴承的运行状态进行有效的监测意义重大。提出了一种基于蝶翼式MEMS振动传感器的轴承故障信号检测方法,具体介绍了蝶翼式MEMS振动传感器的设计、加工以及与之级联的电子谐振器的设计。仿真和应用验证表明,所提出的方法能够有效提取轴承故障信号。 展开更多
关键词 MEMS振动传感器 轴承故障信号检测 电子谐振器 应用验证
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一种微半球谐振陀螺的制造方法与测试 被引量:7
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作者 卢坤 肖定邦 +3 位作者 孙江坤 石岩 席翔 吴学忠 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期561-567,共7页
针对无人装备对惯性器件微小型化的需求,设计了一种新型的速率积分型微半球谐振陀螺。该陀螺设计有均匀分布的灵敏度放大单元,可提升驱动与检测效率。谐振结构采用高温旋转吹制技术加工,整体结构为面外电极形式,并采用圆片级微组装工艺... 针对无人装备对惯性器件微小型化的需求,设计了一种新型的速率积分型微半球谐振陀螺。该陀螺设计有均匀分布的灵敏度放大单元,可提升驱动与检测效率。谐振结构采用高温旋转吹制技术加工,整体结构为面外电极形式,并采用圆片级微组装工艺装配。针对微半球谐振陀螺存在的初始频率裂解,提出了一种精密机械修调方法,可实现0.1 Hz内精度频率匹配修调。在此基础上,基于速率积分控制原理设计制造了陀螺的数字化测控电路。真空封装后陀螺工作频率约为6602 Hz,频率裂解为49 mHz,品质因数高于90万,衰减时间常数可达40 s。首次系统性测试了速率积分模式微半球谐振陀螺的综合性能,测试结果表明,陀螺零偏不稳定性(Allan方差)为0.235°/h,角度随机游走为0.0066°/h1/2,量程可高达±3000°/s,标度因数非线性优于8 ppm,标度因数对称性优于5 ppm,标度因数重复性优于1 ppm。 展开更多
关键词 微半球谐振陀螺 速率积分模式 熔融石英 飞秒激光修调 品质因数
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基于光纤法布里-珀罗腔的振动测量技术研究 被引量:3
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作者 蒲金飞 蒲俊吉 +2 位作者 吴宇列 肖定邦 吴学忠 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2022年第4期40-43,共4页
针对各类机械工程装备对振动测量的需求,特别是在恶劣环境下的振动测量,构建了基于光纤法布里-珀罗腔的振动测量系统,对其振动测量性能进行了深入研究,包括工作点漂移特性、高频率振动测量和小振动测量性能等进行了评测。实验结果表明:... 针对各类机械工程装备对振动测量的需求,特别是在恶劣环境下的振动测量,构建了基于光纤法布里-珀罗腔的振动测量系统,对其振动测量性能进行了深入研究,包括工作点漂移特性、高频率振动测量和小振动测量性能等进行了评测。实验结果表明:所构建的光纤振动测量系统可以实现高频率、高分辨率、高精度的振动测量,可以较好地满足各种高性能工业振动测量的需求,并对新型非压电式高精度、小体积、耐高温振动传感器研制具有较好的指导意义。 展开更多
关键词 法布里-珀罗腔 高温振动传感器 光纤振动测量系统
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全角模式半球谐振陀螺阻尼误差补偿方法研究 被引量:3
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作者 郭锞琛 吴宇列 +2 位作者 张勇猛 肖定邦 吴学忠 《自动化仪表》 CAS 2021年第5期6-9,13,共5页
全角(WA)模式作为一种新型陀螺控制模式,可使陀螺具有高动态范围和稳定的标度因数,有广阔的发展前景。而阻尼不均匀是影响全角模式陀螺精度的重要因素。在研究全角模式下的运动模型和控制方案基础上,针对半球谐振陀螺阻尼不均匀导致的... 全角(WA)模式作为一种新型陀螺控制模式,可使陀螺具有高动态范围和稳定的标度因数,有广阔的发展前景。而阻尼不均匀是影响全角模式陀螺精度的重要因素。在研究全角模式下的运动模型和控制方案基础上,针对半球谐振陀螺阻尼不均匀导致的速率阈值和振型角漂移现象,创造性地提出了振型自进动和前馈阻尼补偿相结合的补偿方案。通过试验测试,半球谐振陀螺在经过补偿后突破了原先0.01°/s的速率阈值,并且其输出波动由0.37°降低到了0.048°。该方法达成的周向阻尼不均匀性的标定与补偿作用不局限于半球谐振陀螺,对于其他类型的哥氏振动陀螺,也能够起到同样的效果,对降低陀螺由阻尼不均匀引起的误差有重要意义。 展开更多
关键词 振动陀螺 全角模式 半球谐振陀螺 速率阈值 自进动 阻尼不均匀 误差补偿 前馈补偿
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高灵敏度蝶翼式微加速度计抗跌落性能分析与试验 被引量:1
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作者 单恒 侯占强 +3 位作者 肖定邦 虢晓双 曾承志 吴学忠 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2021年第12期22-25,共4页
灵敏度与抗冲击性能相互矛盾。以低量程、高灵敏度蝶翼式微加速度计为对象,对其抗跌落性能进行了理论分析与试验研究。介绍了蝶翼式微加速度计的基本结构和工作原理,仿真分析了敏感结构在静态载荷作用下的应力,建立了跌落条件下敏感结... 灵敏度与抗冲击性能相互矛盾。以低量程、高灵敏度蝶翼式微加速度计为对象,对其抗跌落性能进行了理论分析与试验研究。介绍了蝶翼式微加速度计的基本结构和工作原理,仿真分析了敏感结构在静态载荷作用下的应力,建立了跌落条件下敏感结构的动力学模型,并对其进行了静力与跌落冲击试验。理论分析与试验结果表明,跌落冲击中初速度是导致结构损坏的主要原因。 展开更多
关键词 微加速度计 跌落 冲击 蝶翼式
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MEMS振动传感器信号检测电路设计与实现 被引量:3
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作者 陈伟琪 肖定邦 +2 位作者 蒲金飞 李凯 毛善国 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2021年第7期63-66,共4页
分析了电容检测电路原理,优化设计了C/V模块电路、接口电路和零偏及标度因数补偿电路,并搭建电路以及联合微机械差分电容结构进行了集成测试。经过测试验证,设计的微机电系统(MEMS)振动传感器信号检测电路对微弱电容具有较好的检测放大... 分析了电容检测电路原理,优化设计了C/V模块电路、接口电路和零偏及标度因数补偿电路,并搭建电路以及联合微机械差分电容结构进行了集成测试。经过测试验证,设计的微机电系统(MEMS)振动传感器信号检测电路对微弱电容具有较好的检测放大作用,并具有较强的接口适应性和防护能力。 展开更多
关键词 微机电系统(MEMS)振动传感器 检测电路 补偿电路 测试
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Precision Balance Method for Cupped Wave Gyro Based on Cup-bottom Trimming 被引量:9
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作者 TAO Yi XI Xiang +3 位作者 xiao dingbang TAN Yingqi CUI Hongjuan WU Xuezhong 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第1期63-70,共8页
The mechanical balance process is the key process to eliminate the quadrature error and improve the performance of the cupped wave gyro. The conventional mechanical balance method for cupped wave gyro based on cup-wal... The mechanical balance process is the key process to eliminate the quadrature error and improve the performance of the cupped wave gyro. The conventional mechanical balance method for cupped wave gyro based on cup-wall trimming requires high control accuracy of trimming quantity, which increases the production cost and decreases the fabrication efficiency in large extent. However, it is hard to reach the high balance accuracy with the natural frequency split of mHz grade by using the conventional method. In this paper, the lumped mass dynamic model of the cupped wave gyro is built by discretization method, and the effects of different position trimming on the natural frequency are analyzed. It is pointed out that trimming off a tiny quantity of material from cup-wall causes large variation of the natural frequency is the main reason for the low accuracy of the conventional mechanical balance method. Then, a precision balance method for cupped wave gyro based on cup-bottom trimming is presented and the entire procedures of this method are given. The static balance process and dynamic balance process of the precision balance method are simulated by the finite element software. The simulation result shows that the precision balance method based on cup-bottom trimming brings less additional natural frequency split in the static balance process, minimizes the natural frequency split to mHz grade and rectify the angle of mode offset to 0.1° grade in the dynamic balance process, furthermore, the method decreases the requirement for control accuracy of trimming quantity evidently. The research work provides references for structure optimization design and balance process plan of the cupped wave gyro. 展开更多
关键词 cupped wave gyro precision balance TRIMMING modal analysis natural frequency split
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圆柱壳体振动陀螺的模态交换技术研究
11
作者 管锐 苗桐侨 +2 位作者 吴宇列 肖定邦 张勇猛 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期500-505,共6页
针对圆柱壳体振动陀螺的零偏漂移受温度影响大的问题,提出一种模态交换技术的方法。该方法适用于对称型陀螺,通过驱动轴和检测轴两种单轴工作模态周期性互换,将输出的检测信号进行差分得到陀螺的最终输出。通过对陀螺的动力学模型研究,... 针对圆柱壳体振动陀螺的零偏漂移受温度影响大的问题,提出一种模态交换技术的方法。该方法适用于对称型陀螺,通过驱动轴和检测轴两种单轴工作模态周期性互换,将输出的检测信号进行差分得到陀螺的最终输出。通过对陀螺的动力学模型研究,得出了两种单轴工作模态标度因数相反,零偏漂移变化趋势一致的结论,并通过实验得到了验证。设计了一种基于FPGA数字电路进行了零偏常温和变温试验。结果显示,在常温下,零偏漂移变化趋势是一致的,零偏变化量通过模态交换方式后能够抑制到单轴模态的37.5%;在变温环境中,温度范围为10℃~60℃,在升降温过程中,驱动轴和检测轴的零偏漂移变化趋势也一致,零偏变化量通过模态交换方式后能够抑制到单轴模态的30%,验证了模态交换技术的可行性,提升了温度稳定性。最后分析了没有被完全抑制部分存在电极增益误差和角度误差。 展开更多
关键词 圆柱壳体振动陀螺 性能优化 模态交换 零偏 温度稳定性
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用于高真空测量的MEMS谐振式真空计研制及性能研究
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作者 王呈祥 侯占强 +1 位作者 肖定邦 吴学忠 《真空与低温》 2022年第4期425-431,共7页
为实现高真空测量仪表的小型化,研制了一种双质量块结构的MEMS谐振式真空计。真空计物理部分与专用ASIC电路集成,采用交流电压驱动、电容检测技术,通过监测输出电压变化反演压力值。简要介绍了真空计的测量原理,研究了真空计的交流驱动... 为实现高真空测量仪表的小型化,研制了一种双质量块结构的MEMS谐振式真空计。真空计物理部分与专用ASIC电路集成,采用交流电压驱动、电容检测技术,通过监测输出电压变化反演压力值。简要介绍了真空计的测量原理,研究了真空计的交流驱动电压与输出电压、频率之间的关系,探索了合适的交流驱动电压,实现了10^(-4)~10^(-1) Pa区间的压力测量和优于1×10^(-6) Pa的测量分辨率。由于体积小,该真空计在微小真空腔体泄露阈值告警、气体泄漏监测等领域具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 MEMS 谐振式 高真空测量
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微机械谐振器动力学模态耦合的多尺度诠释
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作者 周鑫 肖定邦 吴学忠 《微纳电子与智能制造》 2020年第4期5-13,共9页
微纳谐振器与众多物理场的相互作用是被广泛研究的课题。当前,微纳谐振器本身模态之间的相互作用逐渐成为研究热点,通过参数泵浦实现的动力学模态耦合尤其引人关注。以一种嵌套环式微机械谐振器为研究平台,开展了基于静电参数泵浦的动... 微纳谐振器与众多物理场的相互作用是被广泛研究的课题。当前,微纳谐振器本身模态之间的相互作用逐渐成为研究热点,通过参数泵浦实现的动力学模态耦合尤其引人关注。以一种嵌套环式微机械谐振器为研究平台,开展了基于静电参数泵浦的动力学耦合操控研究,并采用多尺度摄动法对动力学耦合过程进行解析和模拟,计算得到了比以往研究更加精细的耦合强度公式,加深了对动力学耦合物理过程的理解。为动力学耦合的下一步应用打下了坚实基础。 展开更多
关键词 微机电系统 嵌套环式谐振器 参数泵浦 动力学模态耦合 多尺度摄动法
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对称壳体振动陀螺模态交换的FPGA实现方法研究
14
作者 管锐 苗桐侨 +2 位作者 吴宇列 肖定邦 张勇猛 《机电工程技术》 2020年第9期10-12,共3页
对称壳体振动陀螺具有阻尼不均匀性难以消除且零偏漂移受温度影响大的问题,采用温度补偿方法不可靠。提出一种基于FPGA的模态交换方式来实时自校准陀螺的漂移误差。通过常温零偏实验和变温零偏实验结果表明,陀螺的零偏变化量通过基于FPG... 对称壳体振动陀螺具有阻尼不均匀性难以消除且零偏漂移受温度影响大的问题,采用温度补偿方法不可靠。提出一种基于FPGA的模态交换方式来实时自校准陀螺的漂移误差。通过常温零偏实验和变温零偏实验结果表明,陀螺的零偏变化量通过基于FPGA的模态交换技术后能够得到较好的抑制效果,验证了对称壳体振动陀螺模态交换技术在FPGA上实现的可行性,提升了温度稳定性。 展开更多
关键词 对称壳体振动陀螺 模态交换 FPGA 零偏 温度稳定性
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微半球谐振陀螺频率修调技术研究进展
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作者 卢坤 肖定邦 +2 位作者 石岩 席翔 吴学忠 《微纳电子与智能制造》 2020年第4期59-64,共6页
微半球谐振陀螺是一种基于微机电系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)工艺的高精度微陀螺,具有精度高、体积小、功耗低等显著优点,是高性能微机电陀螺的重要发展方向之一。目前,国内外报道的微半球谐振陀螺品质因数已超过500万... 微半球谐振陀螺是一种基于微机电系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)工艺的高精度微陀螺,具有精度高、体积小、功耗低等显著优点,是高性能微机电陀螺的重要发展方向之一。目前,国内外报道的微半球谐振陀螺品质因数已超过500万,零偏不稳定性已达到导航级指标(0.01°/h),显示出了极大的性能潜力优势。随着微半球谐振陀螺结构尺寸与体积不断减小,其相对制造误差更加凸显,具体表现为陀螺工作模态频率裂解误差,这将直接导致陀螺输出零偏漂移与噪声增大,严重制约陀螺综合性能提升。频率修调技术是微半球谐振陀螺制造过程中的核心工艺之一,不同于传统的机械加工方法,受材料与结构尺寸限制,必须要开发新的修调工艺。介绍了多种微半球谐振陀螺的频率修调方法,对比分析了不同工艺特点,并对微半球谐振陀螺修调技术发展趋势进行了总结与展望。 展开更多
关键词 微半球谐振陀螺 频率裂解 模态匹配 频率修调
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Six million Q factor micro fused silica shell resonator with teeth-like tines released by femtosecond laser-assisted chemical etching
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作者 ZHAO Tao SHI Yan +3 位作者 LU Kun XI Xiang WU XueZhong xiao dingbang 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第6期1923-1932,共10页
The quality factor(Q factor)is a crucial performance parameter for resonators.In this paper,a novel release method for highquality micro fused silica shell resonators with teeth-like tines with good surface morphology... The quality factor(Q factor)is a crucial performance parameter for resonators.In this paper,a novel release method for highquality micro fused silica shell resonators with teeth-like tines with good surface morphology is proposed.This method is based on femtosecond laser-assisted chemical etching.First,the optimal energy range of femtosecond laser modification is obtained through mechanism analysis.Second,the optimal parameters for a straight line and arc pattern are determined by optimizing the average output power,processing speed,and processing spacing.The results demonstrate why edge breakage in rounded corners is easy under different parameters.Finally,according to these conclusions,the processing is performed on a micro fused silica shell resonator with a Q factor exceeding 6 million.In addition,subsurface damage is rare throughout the fabrication process,and the surface roughness of the released cross section reaches the nanometer level.The improved Q factor helps suppress mechanical thermal noise and reduce zero bias and zero bias drift,constituting the primary method for enhancing the performance of the resonant gyroscope. 展开更多
关键词 micro hemispherical resonator fused silica laser-assisted chemical etching quality factor
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高精度微机电陀螺研究现状与发展趋势 被引量:1
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作者 席翔 孙江坤 +7 位作者 肖定邦 张勇猛 李青松 周鑫 卢坤 石岩 侯占强 吴学忠 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2023年第8期1255-1271,共17页
微机电陀螺具有体积功耗小、重量轻、成本低等优势,在工业与国防装备中广泛应用.高精度的微机电陀螺可提升多类装备、平台姿态测控精度,有望解决无人车、无人机等装备在复杂环境下的自主导航问题,发展前景广阔,因而始终是惯性领域的热... 微机电陀螺具有体积功耗小、重量轻、成本低等优势,在工业与国防装备中广泛应用.高精度的微机电陀螺可提升多类装备、平台姿态测控精度,有望解决无人车、无人机等装备在复杂环境下的自主导航问题,发展前景广阔,因而始终是惯性领域的热点研究方向之一.但是高精度微机电陀螺研制面临的技术挑战同样十分巨大,本文首先梳理了高精度微机电陀螺的结构演变规律,并将其分为质量块式结构以及旋转对称式结构进行了性能分析与对比.接着针对微机电陀螺表头品质提升问题,总结了微谐振结构的品质因数提升方法以及频率修调方法,然后按照速率模式、速率积分模式以及频率调制模式介绍了高精度微机电陀螺控制技术研究现状.最后,本文对高精度微机电陀螺的发展和应用趋势进行了展望. 展开更多
关键词 高精度微机电陀螺 谐振结构 零偏不稳定性 品质因数 频率裂解 控制技术
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基于质量-刚度解耦的微半球谐振陀螺频差高精度修调方法
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作者 李斌 席翔 +6 位作者 卢坤 段京保 孙江坤 石岩 张勇猛 肖定邦 吴学忠 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2023年第8期1400-1410,共11页
微半球谐振陀螺是最具发展潜力的高性能微机电系统(MEMS)陀螺之一,其工作时驱动、检测模态频率需要高度匹配,因此两个工作模态间的频差(频率裂解)是影响陀螺性能的关键因素.机械修调是调节频差的重要手段,其精度决定了模态匹配程度.通... 微半球谐振陀螺是最具发展潜力的高性能微机电系统(MEMS)陀螺之一,其工作时驱动、检测模态频率需要高度匹配,因此两个工作模态间的频差(频率裂解)是影响陀螺性能的关键因素.机械修调是调节频差的重要手段,其精度决定了模态匹配程度.通过飞秒激光去除质量调节模态频率是一种高效率、高精度的修调方法,但当谐振结构频差处于较小值(约100 mHz)时,观测到线性微质量去除难以进一步降低频差.本文重点针对该过程中的质量-刚度耦合现象开展研究,首先建立了微质量扰动下的质量-刚度耦合变化模型,然后通过有限元模型仿真分析了质量-刚度耦合对修调精度的影响,得到了不同直径与深度修调孔下的微量频差变化,结果揭示了修调孔直径对结构局部刚度的影响规律,以及修调孔深度对局部质量的影响规律.进一步的分析表明,当修调深度超过阈值时能够实现对质量-刚度影响的解耦,因此文中提出了基于质量-刚度解耦的高精度修调方法.最后,对该方法进行了实验验证,将微半球谐振陀螺的频差降低至7 mHz,有效提升了微半球谐振陀螺的机械修调精度. 展开更多
关键词 微半球谐振陀螺 机械修调 质量-刚度耦合 飞秒激光修调
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光悬浮微粒子旋转特性研究
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作者 曾凯 蒲俊吉 +2 位作者 吴宇列 肖定邦 吴学忠 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2023年第8期1351-1359,共9页
悬浮光机械系统将微粒子悬浮在空中,较好地隔绝了环境噪声,在诸多精密测量及量子科学领域都发挥着重要作用.利用圆偏振激光驱动微粒子自旋,可以进行扭矩测量、气体辨识及真空摩擦等方面的研究.本文基于光悬浮微粒子旋转动力学模型,搭建... 悬浮光机械系统将微粒子悬浮在空中,较好地隔绝了环境噪声,在诸多精密测量及量子科学领域都发挥着重要作用.利用圆偏振激光驱动微粒子自旋,可以进行扭矩测量、气体辨识及真空摩擦等方面的研究.本文基于光悬浮微粒子旋转动力学模型,搭建了真空光悬浮及旋转实验装置,对悬浮粒子的平均转速和转速波动进行了研究.结果表明,影响光力矩的激光功率越强,激光偏振态越接近圆偏振光,粒子的平均转速则越大.但影响粒子平均转速的主要因素是阻尼力矩,通过降低环境气压以减小粒子的旋转阻尼,其平均转速可大幅提升.通过调控这些实验参数,约4μm直径的球霰石微球在环境气压为0.1 Pa时被驱动至3.93 MHz转速.但在低气压环境下,微粒子的热运动也变得明显,从而导致悬浮粒子的等效激光功率随着热运动而变化,进而使得粒子的转速波动也随着气压的下降而增大.本文首创性地对比了相同气压不同转速下的转速波动,进一步说明了粒子热运动对转速波动的影响规律.此外,本文还研究了不同气压下转速相对波动的变化规律,这为光悬浮转子在陀螺仪领域的潜在应用奠定了基础.这些研究结果对于提升光悬浮系统已有应用以及开拓新领域均有重要意义. 展开更多
关键词 悬浮光机械系统 光致旋转 超快旋转 转速稳定性
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全角模式半球谐振陀螺的阻尼误差修调与补偿技术研究 被引量:3
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作者 张勇猛 郭锞琛 +3 位作者 孙江坤 余升 肖定邦 吴学忠 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第16期145-152,共8页
半球谐振陀螺具有精度高、可靠性好、抗干扰能力强等诸多优点,是最具性能潜力的哥氏振动陀螺之一。工作在力平衡模式下的半球谐振陀螺虽然具有极高的检测精度,但其动态性能受到控制系统的限制,难以充分发挥半球谐振陀螺性能优势。而工... 半球谐振陀螺具有精度高、可靠性好、抗干扰能力强等诸多优点,是最具性能潜力的哥氏振动陀螺之一。工作在力平衡模式下的半球谐振陀螺虽然具有极高的检测精度,但其动态性能受到控制系统的限制,难以充分发挥半球谐振陀螺性能优势。而工作在全角模式下的半球谐振陀螺兼具大量程和高动态范围,并且拥有稳定的标度因数,是未来发展的重点。然而,在全角模式下,高精度的半球谐振陀螺对其结构误差更为敏感,其加工过程中的结构不对称,尤其是阻尼不对称,将会对陀螺的测量精度产生严重影响。针对全角模式下阻尼误差的影响进行研究,提出全角模式下的谐振子阻尼修调方案,利用等效电阻尼降低了谐振子周向的阻尼不对称程度,并且设计了阻尼补偿方案,将陀螺阻尼误差引起的漂移由原先的0.0316°/s降低至了0.0051°/s,进一步提升了陀螺的测量精度。 展开更多
关键词 全角模式 半球谐振陀螺 振动陀螺 阻尼修调 阻尼误差补偿
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