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基于超短脉冲激光刻蚀的双解耦MEMS陀螺仪调频技术研究
1
作者 刘玉县 侯帅康 +2 位作者 赵前程 崔健 张大成 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第7期39-42,共4页
以双解耦双质量硅微陀螺仪为主要研究对象,从微观结构入手,分析其工作原理和双解耦运动模型,并提出影响模态特征频率的因素。提出一种改变陀螺仪弹性梁结构厚度来调整其特征频率的方法,建立模型通过Comsol软件仿真陀螺仪梁厚度变化对特... 以双解耦双质量硅微陀螺仪为主要研究对象,从微观结构入手,分析其工作原理和双解耦运动模型,并提出影响模态特征频率的因素。提出一种改变陀螺仪弹性梁结构厚度来调整其特征频率的方法,建立模型通过Comsol软件仿真陀螺仪梁厚度变化对特征频率的影响关系,并选择皮秒激光刻蚀系统刻蚀陀螺弹性梁厚度,测试其两模态特征频率。测试结果表明:对应频率变化符合理论推导和仿真趋势。 展开更多
关键词 微机陀螺 结构解耦 频率调节 短脉冲激光
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热振子式Z轴MEMS角速度陀螺敏感机理的研究
2
作者 朴林华 佟嘉程 +1 位作者 李备 张严 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期189-194,共6页
揭示了一种热振子式Z轴MEMS角速度陀螺的敏感机理。在给出工作原理、热振子的振动模态和陀螺效应的基础上,对敏感结构内的温度场进行了计算。结果表明:(1)开机1.8 s后在敏感结构内形成一个稳定的温度场。(2)热振子在Y方向建立驱动模态,... 揭示了一种热振子式Z轴MEMS角速度陀螺的敏感机理。在给出工作原理、热振子的振动模态和陀螺效应的基础上,对敏感结构内的温度场进行了计算。结果表明:(1)开机1.8 s后在敏感结构内形成一个稳定的温度场。(2)热振子在Y方向建立驱动模态,当沿着Z轴输入角速度时,在哥氏力的作用下热振子沿着X方向移动,造成温度场偏移,X方向上对称平行设置的两热线温差ΔT_(X)随着输入加速度az的加大呈现线性增长,温度灵敏度为125 mK/(°/s)。(3)根据输入-输出ω_(z)-V_(Xout)特性曲线,得到数学模型,揭示了该陀螺的敏感机理,陀螺灵敏度为0.095 mV/(°/s),非线性度为2.97%。本研究为优化结构奠定了实用理论基础。 展开更多
关键词 陀螺 敏感机理 陀螺效应 数学模型 微机 热振子
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适合硅微机械系统(MEMS)的集成驱动结构──铝硅双金属膜片 被引量:3
3
作者 战长青 罗台秦 +1 位作者 刘理天 钱佩信 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第6期441-447,共7页
双金属效应是一种基本的物理效应,这一效应在硅微机械装置上的应用,有力地弥补了硅材料不具备压电效应,电信号难以直接转换为机械驱动力的缺陷。本文将介绍我们研制的铝硅双金属膜片.膜片尺寸为4mm×4mm×(20μm单晶硅+10... 双金属效应是一种基本的物理效应,这一效应在硅微机械装置上的应用,有力地弥补了硅材料不具备压电效应,电信号难以直接转换为机械驱动力的缺陷。本文将介绍我们研制的铝硅双金属膜片.膜片尺寸为4mm×4mm×(20μm单晶硅+10μm金属铝).实验和分析结果表明,铝硅双金属膜片具有优越的力学特性,能提供足够大的动力和位移。这种集成的单片驱动结构不仅在材料及工艺上与IC工艺完全兼容,而且通过调整有关结构参数及工艺参数,可使该结构在5伏电压下稳定工作,为实现硅微机械系统(MEMS)奠定了基础.这种驱动方式是目前制造微阀门、微流量泵等需要大动力、大位移的硅微机械及其系统的理想驱动结构. 展开更多
关键词 微机系统 mems 集成驱动结构 双金属效应
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基于MEMS技术的硅微机械流体传感器的原理及应用 被引量:2
4
作者 张树生 韩克江 成健 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2007年第3期4-6,共3页
传统的流体传感器由于存在着灵敏度低、体积大、成本高等缺点,而且微流体与宏观流体流动特性不同,所以其在微流体的流体特性测量中存在很大的局限性。随着MEMS技术的发展,硅微机械流体传感器的出现克服了传统流体传感器的缺点。硅微机... 传统的流体传感器由于存在着灵敏度低、体积大、成本高等缺点,而且微流体与宏观流体流动特性不同,所以其在微流体的流体特性测量中存在很大的局限性。随着MEMS技术的发展,硅微机械流体传感器的出现克服了传统流体传感器的缺点。硅微机械流体传感器已成为MEMS的研究热点之一。按其用途进行了分类,着重介绍了流体压力传感器、流量传感器和表层摩擦力传感器。分别从各种传感器的基本原理、性能、应用范围、优缺点及其所能达到的技术指标方面进行了描述。基于MEMS的硅微机械流体传感器具有广阔的前景。 展开更多
关键词 mems 微机流体传感器 基本原理
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微机械(MEMS)与微细加工技术 被引量:7
5
作者 段润保 赵砚江 毛言理 《河北理工学院学报》 2004年第2期34-40,共7页
首先对微机械(MEMS)的分类及其特点作了简明的阐述,在此基础上,着重评介了近年来该领域各种微细加工方法及其能够达到的加工尺度与水平。指出当前微细加工技术仍然在以使用物理和化学能量的特种加工为主,并呈现加工材料扩大化、产品机... 首先对微机械(MEMS)的分类及其特点作了简明的阐述,在此基础上,着重评介了近年来该领域各种微细加工方法及其能够达到的加工尺度与水平。指出当前微细加工技术仍然在以使用物理和化学能量的特种加工为主,并呈现加工材料扩大化、产品机构复杂和加工手段复合化的发展态势。 展开更多
关键词 微机 微细加工 mems 超精密机加工 电子柬刻蚀 微细电火花加工 微细超声加工
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馈通对硅微机械陀螺零偏影响及其抑制研究
6
作者 尹子第 李宏生 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2024年第10期73-77,104,共6页
硅微机械陀螺仪激励电极及读出电极间存在寄生电容,进而在读出信号中引入与其同频同相的馈通干扰信号。针对此现象,采用时域法对馈通干扰下力平衡模式的零偏特性进行理论推导,通过Simulink仿真及实验对结论进行验证。研究表明:馈通干扰... 硅微机械陀螺仪激励电极及读出电极间存在寄生电容,进而在读出信号中引入与其同频同相的馈通干扰信号。针对此现象,采用时域法对馈通干扰下力平衡模式的零偏特性进行理论推导,通过Simulink仿真及实验对结论进行验证。研究表明:馈通干扰导致力平衡模式驱动力一定时,陀螺零偏随模态频差改变发生变化。随后根据硅微机械陀螺仪静电力生成原理,设计一种采用半频谐振信号检测环路力平衡的控制系统,并通过实验验证了陀螺零偏在90 Hz模态频差变化范围内波动不超过0.17%,馈通对零偏的影响得到有效抑制。 展开更多
关键词 微机陀螺 馈通干扰 零偏 模态频差 半频谐振信号
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基于MEEMD的MEMS陀螺仪降噪方法
7
作者 侯梦婷 王雪梅 +3 位作者 单斌 许哲 李灿 郑雨晞子 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期409-415,共7页
为了有效抑制微机械陀螺仪的随机误差,基于改进的经验模态分解(MEEMD),结合粒子群优化算法(QPSO)优化的卡尔曼滤波(KF),提出了一种微机械陀螺仪降噪方法。通过引入排列熵的概念对微机械陀螺信号进行分解得到本征模态分量;计算各分量排列... 为了有效抑制微机械陀螺仪的随机误差,基于改进的经验模态分解(MEEMD),结合粒子群优化算法(QPSO)优化的卡尔曼滤波(KF),提出了一种微机械陀螺仪降噪方法。通过引入排列熵的概念对微机械陀螺信号进行分解得到本征模态分量;计算各分量排列熵,分析排列熵变化趋势筛选出信号噪声混叠的分量,对其中混叠的分量分析建模,采用QPSO-KF算法滤波去噪;再对滤波结果和信号主导的分量进行重构,实现微机械陀螺信号降噪。实验验证了所提方法的有效性,相比传统经验模态分解(EMD)、KF精度提高了1个数量级,验证了所提方法的有效性和精度。 展开更多
关键词 微机(mems)陀螺 经验模态分解 多尺度熵 粒子群优化 卡尔曼滤波
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石英单晶微机械陀螺仪研究进展
8
作者 孙卓 孙立涛 窦广彬 《微纳电子技术》 CAS 2024年第11期17-30,共14页
对Z切、ST切、AT切三种切割方式的石英单晶微机械陀螺仪的基本工作原理进行了阐述,梳理了不同类型陀螺仪的发展历程,重点介绍了三种石英单晶微机械陀螺仪的设计结构、性能特点及其应用场景,并从灵敏度、动态范围、稳定性、抗冲击性及工... 对Z切、ST切、AT切三种切割方式的石英单晶微机械陀螺仪的基本工作原理进行了阐述,梳理了不同类型陀螺仪的发展历程,重点介绍了三种石英单晶微机械陀螺仪的设计结构、性能特点及其应用场景,并从灵敏度、动态范围、稳定性、抗冲击性及工作频率等方面对三种类型石英微机械陀螺仪各自的性能优势与面临的技术挑战进行了评述,总结了当前国内外在石英单晶微机械陀螺仪研究领域的主要进展和创新点。最后,针对不同切割方式的石英单晶微机械陀螺仪的结构及工作特点,分析了其各自的优点与不足,进行了总结和对比,讨论了石英微机械陀螺仪的未来发展方向。 展开更多
关键词 石英 微机陀螺 压电效应 Z切音叉微机陀螺 ST切表面声波微机陀螺 AT切厚度剪切振动陀螺 微电子机系统(mems)
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基于扫频检测的微机械陀螺耦合误差系数辨识
9
作者 郑旭东 夏陈浩 +1 位作者 王雪同 佟文元 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期170-179,共10页
为减小微机械陀螺阻尼耦合、刚度耦合、力耦合误差的影响,提出一种基于扫频检测的微机械陀螺耦合误差系数辨识方法。首先,拓展了微机械陀螺动力学方程并建立误差模型,表明耦合误差造成陀螺输出不稳定且难以消除。其次,推导了耦合误差系... 为减小微机械陀螺阻尼耦合、刚度耦合、力耦合误差的影响,提出一种基于扫频检测的微机械陀螺耦合误差系数辨识方法。首先,拓展了微机械陀螺动力学方程并建立误差模型,表明耦合误差造成陀螺输出不稳定且难以消除。其次,推导了耦合误差系数辨识方法,通过数值仿真分析了幅值、相位检测误差对辨识精度的影响,并给出不同误差系数下辨识结果的理论相对误差分布。结果表明,所提方法对耦合误差系数的辨识范围存在局限性;测量误差对辨识结果的影响不可忽略。最后,对某陀螺进行耦合误差系数辨识实验验证,结果表明:该陀螺力耦合系数、阻尼耦合系数、刚度耦合系数的辨识误差分别为0.542 ppm、6.09%、0.205 ppm;辨识曲线的拟合优度为0.99。 展开更多
关键词 微机陀螺 耦合误差 系数辨识 扫频检测
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独立敏感式MEMS热膨胀流陀螺的机理研究
10
作者 刘珺宇 朴林华 +1 位作者 佟嘉程 马炫霖 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第2期207-212,共6页
提出了一种新型独立敏感式微机电系统(MEMS)热膨胀流陀螺并对其敏感机理进行了研究。通过COMSOL创建了该结构的三维模型,并使用有限元方法对其敏感结构的温度场进行了计算。结果表明,在加热器功率为50 mW,角速度为-10~10 rad/s时,该陀... 提出了一种新型独立敏感式微机电系统(MEMS)热膨胀流陀螺并对其敏感机理进行了研究。通过COMSOL创建了该结构的三维模型,并使用有限元方法对其敏感结构的温度场进行了计算。结果表明,在加热器功率为50 mW,角速度为-10~10 rad/s时,该陀螺的温度灵敏度为0.224 K·(rad·s^(-1))^(-1),非线性度为2.37%,具有陀螺效应,且灵敏度为1.8 mV·(rad·s^(-1))^(-1),非线性度为2.06%。该陀螺具有灵敏度高及工艺简单等特点,为后续结构优化提供了理论依据。 展开更多
关键词 热膨胀流陀螺 微机 独立敏感 单轴 敏感机理 COMSOL
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MEMS陀螺仪的一种实用标定法 被引量:27
11
作者 宋丽君 秦永元 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2010年第3期372-374,378,共4页
主要介绍了一种微机械系统(MEMS)陀螺仪的速率标定法,根据MEMS陀螺仪的输出数学模型,详细推导了如何得到MEMS陀螺仪的输出数学模型中的零漂、刻度因数和安装误差,并在得到其标定系数后将其封装在C函数中进行验证实验。通过实验数据分析... 主要介绍了一种微机械系统(MEMS)陀螺仪的速率标定法,根据MEMS陀螺仪的输出数学模型,详细推导了如何得到MEMS陀螺仪的输出数学模型中的零漂、刻度因数和安装误差,并在得到其标定系数后将其封装在C函数中进行验证实验。通过实验数据分析可知,MEMS陀螺仪速率标定法原理简单,易于实现,且精度较高。此标定法所得到的MEMS陀螺仪输出数学模型能较准确地反映其输出,且MEMS陀螺仪的线性度有所改善。 展开更多
关键词 微机系统(mems)陀螺 误差模型 速率标定 刻度因数 安装误差 线性度
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基于改进小波阈值的微机械陀螺去噪方法 被引量:31
12
作者 刘晓光 胡静涛 +2 位作者 高雷 李逃昌 白晓平 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第2期233-236,共4页
陀螺的噪声是影响组合导航系统精度的重要因素之一。以插秧机GPS/INS组合导航系统为研究背景,在分析常规硬阈值和软阈值小波去噪的基础上,提出了一种改进的小波阈值去噪方法。该方法构造了一种改进的阈值函数,改进的阈值函数具有较好的... 陀螺的噪声是影响组合导航系统精度的重要因素之一。以插秧机GPS/INS组合导航系统为研究背景,在分析常规硬阈值和软阈值小波去噪的基础上,提出了一种改进的小波阈值去噪方法。该方法构造了一种改进的阈值函数,改进的阈值函数具有较好的连续性,避免了将混叠在噪声中的有效信号完全消除,能够自动调节小波系数的收缩程度,具有一定的自适应性。利用插秧机组合导航系统中微机械陀螺的实际输出数据,分别采用硬阈值、软阈值和改进阈值小波去噪方法进行了对比试验。结果表明改进的小波阈值去噪方法处理后信号的信噪比提高了约3倍、均方差小,具有一定的实用价值。 展开更多
关键词 小波阈值 微机陀螺 去噪 数据处理
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利用旋转载体自身角速度驱动的硅微机械陀螺 被引量:17
13
作者 张福学 王宏伟 +2 位作者 张伟 毛旭 张楠 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2005年第2期109-117,共9页
提出了一种利用旋转载体自身角速度驱动的硅微机械陀螺的结构原理,建立了这种陀螺的数学模型并分析计算了该陀螺的结构动力学参数。理论研究和计算机模拟表明,利用旋转载体自身角速度驱动的硅微机械陀螺结构原理正确。
关键词 旋转载体 微机 陀螺 角速度
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一种基于滑膜阻尼效应的新型微机械陀螺 被引量:13
14
作者 陈永 焦继伟 +3 位作者 熊斌 车录锋 李昕欣 王跃林 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第2期103-105,149,共4页
介绍了一种基于滑膜阻尼效应的新型音叉式微机械陀螺。该陀螺包括两个驱动质量块和由各自驱动质量块支撑的检测质量块 ,通过检测质量块上的栅形电极与玻璃衬底上的固定检测电极之间的电容变化实现角速度信号的检测。对陀螺进行了结构设... 介绍了一种基于滑膜阻尼效应的新型音叉式微机械陀螺。该陀螺包括两个驱动质量块和由各自驱动质量块支撑的检测质量块 ,通过检测质量块上的栅形电极与玻璃衬底上的固定检测电极之间的电容变化实现角速度信号的检测。对陀螺进行了结构设计和分析。在陀螺芯片的制作过程中 ,解决了深反应离子刻蚀过程中的根部效应和滞后效应等问题。初步测试结果表明 ,该陀螺灵敏度和非线性度比较理想。 展开更多
关键词 微机陀螺 微机加工 栅形电极 滑膜阻尼
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微机械陀螺仪的新进展及发展趋势 被引量:13
15
作者 许昕 何杰 +1 位作者 王文 卜继军 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2014年第4期588-595,共8页
微机械陀螺仪是陀螺技术和微电子机械系统(MEMS)技术结合产生的新一代惯性器件。根据其工作原理和采用材料的不同,微机械陀螺可分为硅基微机械振动陀螺(Si-MVGs)、微机械压电振动陀螺(PVGs)和悬浮转子式微机械陀螺等。该文介绍了微机械... 微机械陀螺仪是陀螺技术和微电子机械系统(MEMS)技术结合产生的新一代惯性器件。根据其工作原理和采用材料的不同,微机械陀螺可分为硅基微机械振动陀螺(Si-MVGs)、微机械压电振动陀螺(PVGs)和悬浮转子式微机械陀螺等。该文介绍了微机械陀螺仪的主要参数指标和应用,对硅基微机械振动陀螺(Si-MVGs)、微机械压电振动陀螺(PVGs)和悬浮转子式微机械陀螺的最新研究进展作了综合性报道,讨论了微机械陀螺未来的发展趋势。 展开更多
关键词 硅基微机陀螺 微机压电振动陀螺 石英微机陀螺
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基于LabVIEW的微机械陀螺自动测试系统开发 被引量:13
16
作者 何春华 崔健 +6 位作者 闫俊杰 林龙涛 王福娟 郭中洋 杨振川 蔡志岗 闫桂珍 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第2期170-174,共5页
为了快速评估微机械陀螺的性能参数,结合NI PXI 4461数据采集卡,用LabVIEW软件实现了陀螺信号处理算法和若干关键指标测试功能,包括陀螺扫频测试、闭环驱动控制测试、标度因数和零偏等相关性能测试。实验结果表明,该自动测试系统借助Lab... 为了快速评估微机械陀螺的性能参数,结合NI PXI 4461数据采集卡,用LabVIEW软件实现了陀螺信号处理算法和若干关键指标测试功能,包括陀螺扫频测试、闭环驱动控制测试、标度因数和零偏等相关性能测试。实验结果表明,该自动测试系统借助LabVIEW强大的信号处理功能以及灵活的在线调试大大地提高了陀螺芯片测试与筛选的效率,可以快速可靠地挑选出性能优良的陀螺芯片,对陀螺的生产加工具有重要的促进作用。 展开更多
关键词 微机陀螺 性能测试 闭环驱动控制 LABVIEW软件
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硅微机械陀螺仪温度补偿方法的研究现状 被引量:12
17
作者 刘楠 苏言 +3 位作者 童鑫 韩国威 司朝伟 宁瑾 《微纳电子技术》 北大核心 2017年第6期395-400,共6页
综述了硅微机械陀螺仪温度补偿方法的研究现状。介绍了陀螺仪的基本原理,并分析了陀螺仪的温度特性。分别对温度控制、器件设计和算法补偿三种温度补偿方法进行了原理和结果分析,总结了各种方法的优势与不足。介绍了算法补偿中两种常用... 综述了硅微机械陀螺仪温度补偿方法的研究现状。介绍了陀螺仪的基本原理,并分析了陀螺仪的温度特性。分别对温度控制、器件设计和算法补偿三种温度补偿方法进行了原理和结果分析,总结了各种方法的优势与不足。介绍了算法补偿中两种常用的温度误差模型构建方法,算法补偿既符合小体积、低成本的设计理念,又能有效提升陀螺仪的温度稳定性,但复杂的算法需要强大的内存支撑,系统的响应速度亦会受到影响,因此在算法的优化设计方面仍有巨大的研究潜力和空间。随着陀螺仪数字化进程的不断推进,温度误差模型构建的标准化方法以及优化的算法是未来进一步的发展方向。 展开更多
关键词 微机系统(mems) 陀螺 零偏稳定性 温度补偿 软件算法补偿
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交叠式Allan方差在微机械陀螺随机误差辨识中的应用 被引量:26
18
作者 李晓莹 胡敏 +1 位作者 张鹏 常洪龙 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期225-229,共5页
微机械陀螺随机误差的辨识对提高微机械陀螺的精度具有非常重要的意义。在相同的置信水平下,交叠式Allan方差分析方法比普通Allan方差具有更大的置信区间。论文对交叠式Allan方差在微机械陀螺随机误差辨识中的应用做了深入研究,并基于... 微机械陀螺随机误差的辨识对提高微机械陀螺的精度具有非常重要的意义。在相同的置信水平下,交叠式Allan方差分析方法比普通Allan方差具有更大的置信区间。论文对交叠式Allan方差在微机械陀螺随机误差辨识中的应用做了深入研究,并基于该方法对某型号微机械陀螺进行了随机误差辨识实验。实验表明该方法能有效地辨识出微机械陀螺的各项随机误差成分。 展开更多
关键词 微机陀螺 漂移误差 随机误差建模 交叠式Allan方差
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石英微机械陀螺抗高冲击能力的优化研究 被引量:8
19
作者 林日乐 李文蕴 +3 位作者 赵建华 周倩 满欣 谢佳维 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2013年第1期56-58,共3页
石英微机械陀螺敏感芯片通常为一体式音叉结构,为实现特定的功能,常在芯片中设计开槽结构,开槽拐角处是应力集中的部位。在高冲击情况下,该部位的最大应力可能先达到石英晶体的屈服强度,导致芯片结构断裂损坏。通过在敏感芯片的开槽结... 石英微机械陀螺敏感芯片通常为一体式音叉结构,为实现特定的功能,常在芯片中设计开槽结构,开槽拐角处是应力集中的部位。在高冲击情况下,该部位的最大应力可能先达到石英晶体的屈服强度,导致芯片结构断裂损坏。通过在敏感芯片的开槽结构末端设计圆弧台阶结构,降低了该部位在高冲击环境下受到的最大应力,提高了敏感芯片的抗冲击性能。通过综合优化后,石英微机械陀螺的抗高冲击能力可达到10 000g,并保持了较好的性能。 展开更多
关键词 石英 微机 陀螺 抗高冲击 优化
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石英MEMS陀螺的结构特性分析 被引量:8
20
作者 林日乐 谢佳维 +3 位作者 周倩 满欣 李文蕴 张巧云 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2011年第4期544-546,553,共4页
介绍了石英微机电系统(MEMS)陀螺的工作原理及敏感芯片的音叉结构特点,采用有限元法分析了敏感芯片的结构特性,并对结构进行优化。利用石英晶体的压电效应,设计了合理的电极布局,并结合敏感芯片结构特点介绍了其微机械加工工艺。通过结... 介绍了石英微机电系统(MEMS)陀螺的工作原理及敏感芯片的音叉结构特点,采用有限元法分析了敏感芯片的结构特性,并对结构进行优化。利用石英晶体的压电效应,设计了合理的电极布局,并结合敏感芯片结构特点介绍了其微机械加工工艺。通过结构优化和合理的电极布局,提高了石英MEMS陀螺的性能。 展开更多
关键词 石英 微机电系统(mems) 陀螺 音叉
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