基于闭环点位置控制的硅微梳齿式加速度计温漂抑制方法

环境温度的变化会造成硅微加速度计检测电路输出漂移,从而使加速度计敏感质量的闭环点位置产生漂移。通过分析闭环点位置对加速度计标度因素K1和零偏K0的影响,证明了闭环点位置漂移是造成零偏K0温漂的主要因素和标度因素K1温漂的次要因素。提出了加速度计闭环点位置控制方法,通过在环内加入控制电压可使闭环点始终工作于稳定位置。试验结果证明,该方法可显著降低零偏K0的温漂,闭环点始终位于零反馈位置时零偏K0的温漂系数可降低一个数量级,且温漂滞环可被压缩至±1 mV(±7.77 mg)以内。

梳齿式微机械加速度计的研制

微机械加速度计作为微机电系统(MEMS)的一个重要产品,目前已经得到了广泛应用。本文首先从整体上提出了微机械加速度计的工作原理和数学模型,并着重讨论了各个部分之间的关系;然后根据敏感元件的特性,对伺服回路的几个关键参数,即预载电压、PID校正参数和反馈增益,进行了分析;本文最后给出了一种加速度计整体性能的测试结果,结果表明:微机械加速度计的量程为±15gn,非线性度为0.041 9%,阈值为0.15 mgn,2 h稳定性误差为0.084 5 mgn,逐次启动重复性误差为0.156 mgn。

梳齿式静电微驱动器稳定性分析与结构优化

针对典型梳齿式静电微驱动器驱动稳定性差的问题,建立微驱动器驱动稳定性分析模型,系统分析微驱动器驱动稳定性随其各结构参数的变化关系,提出基于稳定性因子的微驱动器驱动稳定性评估方法。提出弹性支撑机构外置方案,建立弹性梁非线性特征模型,基于模型分析结果设计预弯弹性梁结构,建立基于梳齿结构参数的静电力模型,研究不同梳齿结构对驱动器驱动稳定性的影响。研究结果表明,弹性支撑机构外置、预弯弹性梁结构以及线性交叠梳齿结构能够有效提高梳齿微驱动器大位移输出的驱动稳定性。

硅微陀螺梳齿驱动的面内失准分析

静电梳齿微驱动器因其结构简单、功耗低、灵敏度高、受温度影响小,成为硅微陀螺仪的主要驱动方式。静电梳齿微驱动器通常由活动梳齿和固定梳齿组成。理想情况下,活动梳齿平行地位于两固定梳齿中心位置。但由于加工误差、驱动结构不对称、扰动等因素,使得活动梳齿相对固定梳齿发生偏转。该文应用能量法及虚功原理,建立了梳齿之间的力与力矩平衡方程。得出了非理想情况下,偏离距离和转角的解析表达式,并分析得出了梳齿间的临界电压。经过数值仿真发现,梳齿面内既偏转又转动时的临界电压小于只发生偏转或转动时的临界电压。

考虑梳齿动态特性的微加速度计敏感结构等效电学模型

为确保ΣΔ(sigma-delta)微加速度计系统仿真的正确性,提出一种改进的敏感结构等效电学模型.在分析传统敏感结构等效电学模型局限性的基础上,研究了结构梳齿在外力作用下发生弯曲对闭环系统的影响和使ΣΔ闭环反馈失效的机理,分析了梳齿弯曲对质量块所受静电合力的影响,结合传统电学模型,建立了包含梳齿弯曲因素的改进的等效电学模型.在微加速度计系统仿真中,利用敏感结构的传统模型并不能反映出调制器失效特性,输出显示调制器仍然正常工作,而利用所建立的敏感结构电学模型能够准确的表现出ΣΔ反馈失效现象,为电路仿真的准确性提供了保障.

基于梳齿间距偏差的微加速度计灵敏度模型

针对电容式微加速度计梳齿间距偏差所引起的灵敏度变化，基于高维数值积分与概率理论，并结合闭环微加速度计工作原理，导出了其灵敏度模型。当梳齿间距偏差分布在3．7～4．6μm区间，施加在固定电极上有效电压分别为2．3V、5．1V和8．3V时，其对应的灵敏度将处于120～195、55～85和32～51mV／g。范围。在相同条件下，对一批体硅玻璃键合结构的微加速度计进行了实验测量，其灵敏度分别落在119．3—179．9、53．8～81．1和33．0～49．8mV／g。区间。由此可见，该模型与实测值比较接近。模型指出了灵敏度与梳齿间距偏差的相互关系，从而可为微加速度计设计和工艺优化提供参考。

梳状微谐振器结构参数对模态及谐振频率的影响

谐振频率的大小是设计微谐振器时必须考虑的重要参变量,采用ANSYS有限元仿真软件分析不同结构尺寸下的微谐振器的谐振频率和模态,主要分析支撑梁长度和梳齿参数对微谐振器模态及谐振频率的影响.分析结果表明,支撑梁长度、梳齿长度及梳齿的个数会影响到微谐振器工作模态的阶次和谐振频率的大小.在微谐振器的相关设计时,可通过调整支撑梁的长度显著改变谐振频率,而谐振频率微调可通过梳齿尺寸的微调实现.

低热机械噪声MEMS加速度计设计

介绍了一种能够在大气条件下具备低噪声、高灵敏度特性的MEMS加速度计设计、制作与测试。器件采用梳齿电容检测方法,利用MEMS体硅加工工艺,实现了210对梳齿的加速度计制作。该加速度计不需要真空封装和阻尼孔就能实现低热机械噪声特性,其理论热机械噪声为0.018μg/槡Hz。加速度计芯片在大气封装和无阻尼孔情况下Q值高达455.06,与理论分析结果相符,具有较低的热机械噪声。

井下作业用偏心梳齿式捞钩的研制与应用

为了使井下作业施工时由于操作疏忽落入井筒内的钢丝绳、抽油杆等绳杆类落物能被顺利捞出,针对以往井下作业过程中应用传统打捞工具打捞时,被打捞抽油杆或钢丝绳等落物不容易被抓取、容易滑脱、效率低下等问题,设计和研发了一种操作简单方便、高效实用及容易保养和维护的偏心梳齿式捞钩。该工具主要由钻杆扣、上接头、捞钩挡板、钩齿及捞钩捞杆等结构组成。在井下作业现场应用中克服了一般捞钩多次打捞绳杆类落物无效的关键问题,减少了下放打捞管柱次数,提高了打捞效率,显著降低了打捞作业成本,提高了生产效益。

斜置双螺旋梳指式辣椒收获试验台设计

根据贵州山地辣椒种植的辣椒收获需要,设计一台小型、适合山地作业的斜置双螺旋梳指式辣椒收获试验台。试验台主要用于对斜置双螺旋辣椒收获原理进行试验,通过调节试验台螺旋辊倾斜角度、螺旋梳指长度及螺旋辊转速得到辣椒的采摘数据,进一步研究其漏采率、破损率等关键技术参数。试验台螺旋辊倾斜角度调节值为30°、35°、40°、45°、50°、55°,螺旋梳指长度调节值为105、110、115、120、125、130mm,螺旋辊转速调节范围为150~300r/min,两螺旋滚间距调节范围为220、230、240、250、260、270mm。

一种用于微谐振器频率调节的静电梳齿结构设计

针对微梳齿谐振器频率偏移的问题,提出了一种用于微谐振器频率调节的曲线形状静电梳齿结构。通过对梳齿简单模型的静电力分析,得出其静电力-位移特性,其斜率就是静电弹性系数;然后从谐振频率出发,分析了影响谐振频率的因素。研究结果表明,对于梳齿式微谐振器,当调谐电压从0 V变化到80 V左右时,器件的有效弹性系数从2.64 N/m减小到1.23 N/m左右,且谐振频率从自然谐振频率18.9 kHz减小到13 kHz,降幅分别为53%和31%。实验结果表明,这种曲线梳齿"软化"了静电微谐振器或者微驱动器的系统弹性,能够有效地调节谐振频率。

多筋梳形件气辅成型气指缺陷模拟与控制研究

多筋梳形件具有多加强筋及中空的复杂结构,传统注射成型难以获得良好的成型效果,故通常采用气辅成型作为制造工艺。然而,复杂结构下的气辅成型将产生气指缺陷,严重制约零件成型质量。以某多筋梳形件小腿靠为研究对象,针对零件气指缺陷,基于对产品的结构设计和成型技术方法的分析,对气指缺陷的形成原因进行了理论分析;基于Moldflow软件建立了小腿靠有限元模型,对气指形成进行有限元分析;基于薄化壁厚原则,改进了主体壁厚和加强筋壁厚,并提出了火山口减胶方案。结果表明,随着主体壁厚和加强筋壁厚的减少,气指缺陷得到改善。采用火山口减胶方案可在消除气指缺陷的基础上避免大面积减薄。试模验证了局部减薄可加快零件冷却,形成有效冻结层,从而消除气指缺陷。

微加速度计温度特性及敏感元件自恒温方案

温度是影响微加速度计精度的一个相当重要的因素。该文首先分析了微加速度计闭环系统各部分的温度特性对系统的影响;接着,设计实验分别测试各个部分的温度特性,确定出敏感元件的温度特性是系统温漂的主要来源;最后,设计了敏感元件芯片自恒温系统,并进行温度补偿。该方案在增加少量加热功率的基础上大大提高了系统的温度特性。实验结果表明:温控后,在增加760 mW加热功率的情况下,能保证微加速度计零偏温漂和二次补偿后零偏稳定性,分别从2.061 mgn/℃和2.269 mgn提高到0.199 mgn/℃和0.129 mgn。

基于MEMS静电微镜驱动器的光纤相位调制器

设计并制作出了一种基于MEMS静电微镜驱动器的光纤相位调制器。MEMS静电驱动器采用垂直梳齿驱动技术,驱动硅微反射镜沿其法线方向的垂直平移运动以实现入射光波的光相位调制。MEMS静电微镜驱动器与光纤准直器耦合构成MEMS光纤相位调制器,避免了拉伸光纤或改变折射率的困难,具有MEMS技术批量制造、低成本等优势。采用MEMS工艺成功制作出MEMS光纤相位调制器,并实现Michelson光纤干涉仪。利用ASE宽带光源对光纤相位调制器的静态调制特性进行测试,采用Michelson光纤干涉仪对光纤相位调制器的动态调制特性进行测试,结果表明,MEMS光纤相位调制器50V偏压实现了1 550nm光波的2π相位调制,当器件谐振频率为7.15kHz以及交、直流电压幅值分别为12.5V时,响应幅值可达6.8μm,可以实现多个2π的相位的正弦调制。