硅微陀螺儀溫度穩(wěn)定性研究.pdf

1、硅微機械陀螺儀是一種用于測量物體運動角速度的新型慣性器件，具有體積小、重量輕、易于數(shù)字化和智能化等優(yōu)點，但由于硅微型機械振動陀螺具有零位漂移隨溫度變化大、零位穩(wěn)定性差、精度低等弱點，目前多應(yīng)用于低端慣性系統(tǒng)中。溫度變化是影響陀螺測量精度的主要因素之一，不僅會引起陀螺儀結(jié)構(gòu)尺寸及硅材料特性的變化，還導(dǎo)致信號處理電路的干擾熱噪聲發(fā)生變化，致使陀螺儀精度和穩(wěn)定度得不到保證。因此，對硅微機械陀螺儀的溫度穩(wěn)定性進行研究具有重要意義。
　　

2、 目前主要有三種方法減小溫度對硅微陀螺工作穩(wěn)定性影響：一是從硅微陀螺的結(jié)構(gòu)、材料和工藝上提高敏感器件的溫度穩(wěn)定性，以提高陀螺精度；二是對陀螺儀輸出進行誤差特性分析、測試、建模與補償；三是采取控制溫度的方式使陀螺儀工作的環(huán)境溫度維持恒定，保障陀螺儀硅結(jié)構(gòu)體及驅(qū)動檢測電路不受溫度變化的影響，從而使陀螺儀零偏維持穩(wěn)定，提高陀螺儀的穩(wěn)定度?；谀壳艾F(xiàn)有的工藝水平及以往的研究基礎(chǔ)，本文對第三種方法展開了研究。
　　 本文以Z軸硅微機械振動

3、陀螺儀為研究對象，主要工作可歸納為如下幾個方面：
　　 首先，結(jié)合陀螺儀的基本理論和材料力學(xué)理論，分析了Z軸硅微機械振動陀螺儀的工作原理。詳細(xì)探討研究了溫度因素對硅微機械振動陀螺儀工作性能的影響機理。
　　 其次，通過大量的溫度實驗，對陀螺儀的諧振頻率、品質(zhì)因數(shù)以及零偏輸出隨溫度變化的規(guī)律進行了研究，根據(jù)實驗結(jié)果進行了定性的分析和討論。
　　 第三，對硅微機械振動陀螺儀溫度穩(wěn)定性控制算法進行了研究。對PID控制、

4、模糊控制和模糊PID控制算法分別進行了軟件仿真分析；通過重復(fù)性試驗驗證了控制效果，試驗分為環(huán)境溫度恒定以及環(huán)境溫度變化兩種情況進行；并對三種控制算法進行了分析討論，并確定采用PID算法作為下一步陀螺儀溫度控制算法。
　　 第四，通過試驗驗證了硅微陀螺在溫度控制條件下的穩(wěn)定性效果。本文選用了I23號及B98號陀螺進行驗證試驗。在溫度控制條件下陀螺輸出零偏值-10℃～+40℃范圍內(nèi)的變化量大大減小，I23號由60mV減少到20mV，