全對(duì)稱微機(jī)械陀螺非理想特性分析.pdf

1、微機(jī)械陀螺是一種測(cè)量角速度的慣性傳感器，是MEMS技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要方面，在國(guó)防、軍事以及民用方面都得到了廣泛的應(yīng)用。由于微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，性能易受一些非理想特性的干擾。本文針對(duì)一種全對(duì)稱微機(jī)械陀螺，對(duì)其正交耦合誤差、驅(qū)動(dòng)非線性、溫度特性以及寄生電容來(lái)源進(jìn)行了測(cè)試與分析。
　　對(duì)由于加工誤差產(chǎn)生的正交誤差進(jìn)行了理論分析及測(cè)試驗(yàn)證。推導(dǎo)了正交誤差信號(hào)與有用信號(hào)的關(guān)系，可知微小的加工誤差引入的正交誤差就遠(yuǎn)大于有用信號(hào)。利用ANS

2、YS仿真軟件對(duì)全對(duì)稱微機(jī)械陀螺進(jìn)行仿真，由正交耦合引起的檢測(cè)模態(tài)位移僅為驅(qū)動(dòng)模態(tài)位移的0.17％，理論證實(shí)了該陀螺的解耦特性，利用光學(xué)平臺(tái)測(cè)試同樣驗(yàn)證了此結(jié)論?；谶_(dá)芬方程建立了驅(qū)動(dòng)模態(tài)非線性方程，并采用諧波平衡法進(jìn)行了求解，得到了理論上的驅(qū)動(dòng)模態(tài)幅頻特性曲線。利用振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行非線性測(cè)試，所得幅頻特性曲線基本與理論結(jié)果符合，證實(shí)了不能單純依靠增加驅(qū)動(dòng)幅度來(lái)提高檢測(cè)靈敏度。分析了溫度變化對(duì)陀螺性能的影響機(jī)理，溫度變化通過(guò)影響硅材料的楊氏模量

3、引起諧振頻率的漂移（仿真結(jié)果顯示諧振頻率隨溫度的變化率為-0.102Hz/℃），通過(guò)影響結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)改變品質(zhì)因數(shù)，測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了理論分析結(jié)果（測(cè)試數(shù)據(jù)顯示諧振頻率隨溫度變化率為-0.2071Hz/℃，品質(zhì)因數(shù)隨溫度變化率為-0.66013/℃），并證實(shí)了全對(duì)稱結(jié)構(gòu)對(duì)溫度影響的抑制作用。建立了全對(duì)稱微機(jī)械陀螺寄生電容模型，分析了陀螺結(jié)構(gòu)中寄生電容的來(lái)源并計(jì)算了電容值的大小。通過(guò)分析可知部分寄生電容信號(hào)可用電路手段進(jìn)行濾除，但有些寄生電容信