硅微陀螺環(huán)境適應性封裝技術(shù)研究.pdf

1、研發(fā)高性能硅微機電陀螺，對于增強國防實力提高綜合國力具有非常重要的意義。而目前我國研制的微機電陀螺在工程化應用方面還有較大差距，究其主要原因是由于微陀螺的穩(wěn)定性和可靠性達不到應用的要求。本文以蝶翼式微陀螺為研究對象，圍繞復雜外界環(huán)境對微陀螺性能的影響機理及環(huán)境適應性改善等開展研究，重點解決了芯片級溫度閉環(huán)控制和敏感結(jié)構(gòu)振動隔離等關鍵問題。
　　1、簡要介紹了蝶翼式微陀螺的總體結(jié)構(gòu)和工作原理，研究了環(huán)境溫度變化對硅微陀螺主要特性的影

2、響規(guī)律。通過理論分析研究了硅微陀螺驅(qū)動頻率與溫度的關系，并通過實驗測試得到驅(qū)動頻率在全溫區(qū)（-40℃~60℃）范圍內(nèi)變化了23.65Hz零偏輸出值在?40℃內(nèi)變化了2.43°/s。
　　2、建立了微陀螺等效振動模型，通過有限元仿真分析了振動沖擊對微陀螺關鍵參數(shù)的影響。蝶翼式硅微陀螺采用 Z軸向的面外電容檢測方式，Z軸向極易受到外界振動干擾。通過 ANSYS對微陀螺敏感硅結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的位移及應變進行仿真，得到了 Z軸向振動對電容間隙的

3、影響，并從理論上定量分析了振動對微陀螺接口電容輸出值的影響。
　　3、設計了蝶翼式硅微陀螺的芯片級溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)。通過內(nèi)置的溫度傳感器實時獲得封裝內(nèi)部微陀螺的溫度參數(shù)，利用PID控制實時調(diào)控芯片底部的TEC熱電制冷器達到設定溫度，使硅微陀螺的溫度性能得到有效的改善，測試結(jié)果表明微陀螺的零偏溫度靈敏度在原來的基礎上降低了38％。
　　4、基于振動機沖擊對微陀螺性能的影響規(guī)律，針對特定的性能指標設計了一種“轎子型”減振結(jié)構(gòu)，通