一种新型微机械陀螺仪的结构与检测系统研究

摘要

微机械陀螺仪具有体积小、重量轻、动态性能好、能耗少、成本低、可靠性高、易于数字化、智能化和集成化等优点，针对商业应用和军事方面对惯性导航技术的极大需求，分析了国内外硅微机械陀螺仪的发展现状，本文提出了一种新型结构的梳状音叉振动式微机械陀螺仪，并从陀螺仪整体结构设计、静电梳齿驱动结构设计、微陀螺仪动态性能优化仿真、驱动电路与微弱信号检测、总体接口电路设计以及加工工艺等方面进行了系统性地分析研究。
　　论文首先以梳状音叉振动硅微陀螺仪作为研究分析结构，根据Coriolis效应与微机械陀螺仪的工作原理，对振动式微机械陀螺动力学方程进行理论分析，讨论了微陀螺仪执行器的驱动方式与微弱信号检测的相关技术。
　　在此基础上，论文提出了一种新型结构的梳状音叉振动式硅微机械陀螺仪，详述了整体结构尺寸设计，驱动梳齿结构及微弱信号检测结构设计、利用Ansys软件对整个系统进行模态仿真分析、静电梳齿的参数化分析与静电场分析以及多物理场的耦合分析。
　　论文分析了微机械陀螺仪稳定工作的条件，进行了总体电路的研究。分析了各控制电路，采用锁相环技术实现了驱动模态的恒定频率和振幅的控制，给出了一种通用的微机械陀螺仪的电路控制方案。
　　最后探讨了梳状音叉双线振动微机械陀螺仪相关的制造工艺。

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第一章 绪论

1.1陀螺仪的介绍及其应用

1.2 陀螺仪的发展

1.3 微机械陀螺仪

1.4 论文主要研究内容

第二章 振动式微机械陀螺仪理论基础

2.1微机械陀螺仪的工作原理

2.2微机械陀螺仪的驱动原理

2.3 微机械陀螺仪的微弱信号检测方法[22]

第三章 梳状音叉微机械陀螺仪结构设计

3.1梳状音叉微机械陀螺仪的结构及工作原理

3.2检测结构部分设计

3.3驱动结构部分设计

第四章 梳状音叉微机械陀螺仪有限元仿真分析

4.1 梳状音叉微机械陀螺仪模态分析

4.2 静电梳齿结构的有限元分析

4.3 梳状音叉微机械陀螺仪多物理场耦合分析

第五章 梳状音叉微机械陀螺仪的电路控制

5.1 微机械陀螺仪驱动电路的设计

5.2 微机械陀螺仪检测电路的设计

5.3 各主要控制电路

5.4 微机械陀螺仪总体电路设计

第六章 梳状音叉硅微机械陀螺仪MEMS加工

6.1 MEMS制造技术

6.2 梳状音叉微机械陀螺仪加工过程

第七章 总结与展望

7.1论文的主要工作内容

7.2工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果