雙質(zhì)量硅微機械陀螺儀設計理論及方法研究.pdf

1、硅微機械陀螺儀是一種測量轉(zhuǎn)動角速度的慣性傳感器，與傳統(tǒng)的機電類陀螺和光電類陀螺相比，具有體積小、成本低、重量輕、可靠性高等優(yōu)點，在軍民兩用領域有著重要的使用價值和廣闊的應用前景。基于目前的設計和加工水平，國內(nèi)硅微陀螺儀的研究進展相對較慢，主要以單質(zhì)量的結(jié)構(gòu)樣機為主。單質(zhì)量硅微陀螺儀容易受到軸向加速度的干擾，環(huán)境適應性差。從工程使用的實際角度考慮需設計雙質(zhì)量的結(jié)構(gòu)。由于機械加工的非理想因素，驅(qū)動模態(tài)和檢測模態(tài)會產(chǎn)生能量耦合，影響硅微機械陀

2、螺儀的性能，因此研究解耦的雙質(zhì)量硅微陀螺是提高硅微陀螺儀性能的關鍵技術(shù)之一。
　　 論文以提高硅微陀螺儀性能為目的，對雙質(zhì)量硅微陀螺儀以及解耦的結(jié)構(gòu)和方法進行了深入的分析和研究。論文的主要工作如下:
　　 (1)對目前國內(nèi)外雙質(zhì)量硅微陀螺儀的結(jié)構(gòu)設計和結(jié)構(gòu)解耦的設計方法進行了概述，分析了各自的優(yōu)缺點。
　　 (2)對雙質(zhì)量硅微陀螺儀進行了運動分析，推導了驅(qū)動和檢測簡化模型的振動頻率公式。探討了軸向加速度對單質(zhì)量和

3、雙質(zhì)量硅微陀螺儀影響的實際效果。
　　 (3)對結(jié)構(gòu)解耦的方法進行了分析，全解耦的結(jié)構(gòu)可以有效降低由加工誤差導致的干擾信號的影響，提高硅微陀螺儀的信噪比。推導了結(jié)構(gòu)全解耦的雙質(zhì)量微陀螺動力學方程，提出了提高全解耦微陀螺靈敏度需要注意的幾個方面。
　　 (4)設計了一種新型的全解耦雙質(zhì)量硅微陀螺儀的結(jié)構(gòu)，利用有限元軟件ANSYS進行了模態(tài)仿真分析，仿真結(jié)果表明該全解耦雙質(zhì)量硅微陀螺儀滿足全解耦以及模態(tài)頻率匹配的要求。對設計

4、的結(jié)構(gòu)進行了加工和真空封裝，研制出了樣機。
　　 (5)探討了影響雙質(zhì)量硅微陀螺儀性能指標的正交耦合誤差、偏移耦合誤差、熱噪聲等誤差產(chǎn)生的原因以及抑制或消除這些誤差所采取的措施。對加工誤差進行了理論分析，并分別對幾種情況進行了仿真研究。對負剛度效應對硅微陀螺儀的影響作了相關理論和仿真探討。
　　 (6)利用ANSYS軟件對雙質(zhì)量硅微陀螺儀的應力場和諧響應特性進行了相關仿真，指出了提高微陀螺抗沖擊能力的技術(shù)途徑，為提高硅微