雙解耦雙自由度微機(jī)械陀螺的設(shè)計(jì)與仿真.pdf

1、分析了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外微機(jī)械振動(dòng)式陀螺的發(fā)展現(xiàn)狀，針對(duì)目前普遍采用的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了一種基于體硅工藝的雙自由度雙級(jí)解耦結(jié)構(gòu)的微機(jī)械振動(dòng)式陀螺，并對(duì)該結(jié)構(gòu)陀螺的原理、特性、設(shè)計(jì)、工藝等方面進(jìn)行了分析研究。
　　從理論上對(duì)雙級(jí)解耦原理做了分析，并針對(duì)雙自由度檢測(cè)方式重新列寫陀螺運(yùn)動(dòng)方程，針對(duì)該方程進(jìn)行求解，并對(duì)解的特性做了相應(yīng)分析。設(shè)計(jì)陀螺結(jié)構(gòu)整體尺寸大約為4000μm×4800μm，結(jié)構(gòu)厚度為80μm，檢測(cè)質(zhì)量

2、塊尺寸約為1950μm×1510μm。采用有限元分析軟件對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜態(tài)、模態(tài)、抗過載、解耦性能等分析，得出相應(yīng)的陀螺結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過分析可知在陀螺工作狀態(tài)下，產(chǎn)生的耦合噪聲為輸出信號(hào)大小的1％，結(jié)構(gòu)在1000g的沖擊下，所受到的最大應(yīng)力為37.4MPa,遠(yuǎn)小于硅材料的屈服強(qiáng)度。
　　針對(duì)雙自由度檢測(cè)的特點(diǎn)，采用方程等價(jià)性原理建立了陀螺電學(xué)模型，并采用該模型對(duì)雙自由度陀螺的瞬態(tài)特性做了相應(yīng)仿真。經(jīng)仿真可知在20V直流偏置和6V

3、交流峰峰值的驅(qū)動(dòng)電壓下，驅(qū)動(dòng)位移為0.8×m。并且，當(dāng)輸入角510?速度幅值為1rad/s時(shí)，第一檢測(cè)質(zhì)量塊位移為0.3×m，第二檢測(cè)質(zhì)量塊位810?移約為1×m，陀螺對(duì)輸入信號(hào)的穩(wěn)定時(shí)間為0.35s。810?
　　根據(jù)雙自由度陀螺運(yùn)動(dòng)方程建立了陀螺的數(shù)學(xué)模型，并采用該模型進(jìn)行陀螺模態(tài)特性的仿真。經(jīng)仿真可知陀螺的檢測(cè)帶寬可達(dá)500Hz，檢測(cè)模態(tài)將出現(xiàn)兩個(gè)峰值分別為9987rad/s和17810rad/s，以及一個(gè)極小值為2.042