硅微机械谐振陀螺仪的非线性分析

给出了硅微机械谐振陀螺仪的结构,介绍了硅微机械谐振陀螺仪的工作原理,详细推导并给出了陀螺仪的输出频率和标度因数非线性的计算公式;基于影响谐振陀螺仪标度因数的参数,分析了由谐振器的振幅和梳齿静电驱动力引起的硅微机械谐振陀螺仪的非线性特性,给出了振动幅度与谐振频率关系的表达式.实验结果表明,陀螺仪的整体性能主要取决于谐振器振动幅度的稳定性.     

硅微机械陀螺仪的新进展及其方案分析

介绍了国外硅微机械陀螺仪的新进展，综述了梳状驱动振动陀螺仪、压电棒式振动陀螺仪、电磁驱动音叉陀螺仪、振环陀螺仪、静电悬浮转于陀螺仗和微机械加速度计陀螺仪的结构、原理及性能。关键词     

振动轮式硅微陀螺仪检测轴的闭环特性

研究了振动轮式硅微陀螺仪敏感结构的谐振特性,重点进行了检测轴的闭环控制系统分析和测试。通过对不同气压条件下检测轴谐振特性的研究及驱动轴和检测轴谐振频率匹配的试验,分析了静电力反馈控制系统中的变刚度问题,进行了硅微陀螺仪检测轴的闭环控制系统设计,给出了检测轴闭环控制系统的原理框图和传递函数,同时分析了闭环条件下驱动轴回路和检测轴回路各部分的相位关系以及正交分量的消除方法。试验结果表明闲环控制提高了硅微陀螺仪的精度指标。     

一种双质量硅微陀螺仪

双质量块结构形式的硅微陀螺仪能够有效消除轴向加速度等共模干扰的影响。利用结构解耦方法设计了一种新型的双质量双线振动式硅微机械陀螺仪。依据双质量硅微陀螺的结构和工作原理,通过简化的动力学方程,对该陀螺的驱动和检测模态进行了理论分析,并利用Ansys有限元软件对陀螺的驱动和检测模态进行了数值仿真。仿真结果表明,该陀螺结构设计能够实现驱动和检测模态的完全解耦,从而验证了设计思想的正确性。通过仿真,得到了驱动和检测模态的仿真频率值。在对微陀螺加工所采用的加工工艺进行简单介绍后,对加工出的硅微机械陀螺仪样品的模态频率值进行了电路测试。由于加工误差的存在,实验得到的驱动和检测频率值与仿真设计值存在1.6%的误差。最后在转台上对样品的标度因数进行了测定,得到了该双质量硅微陀螺仪的标度因数为2.518mV/((°)?s-1)。     

Z轴硅微机械陀螺仪的机电接口模型分析

为提高z轴硅微机械陀螺仪信噪比，分析了陀螺仪机电接口中的电容和电阻。文中以z轴硅微机械陀螺仪的理论模型为对象，建立了陀螺仪机电接口模型，分析了模型中寄生电容和电阻对有用信号和噪声的影响。分析结果表明：寄生电容会削弱有用信号，且布线与活动结构间的电容对输出有很大的影响，而寄生电阻会产生噪声。最后，提出了采用新工艺和合理的布线方法以减小寄生电容和电阻，从而提高信噪比。     

微机械框架陀螺仪的动力学分析

本文根据欧拉动力学方程导出微机械框架陀螺仪的动力学方程，给出陀螺仪的运动规律，并探讨惯性质量对测量灵敏度的影响。     

一种谐振式硅微机械陀螺的设计和加工

基于谐振式检测方式的高灵敏度、大动态范围、易于与数字电路接口等优点,提出了一种谐振式微机械陀螺的新型结构,研究了其工作原理,得到了双端音叉谐振器(DETF)振动Mathieu方程的稳态输出,并基于此稳态输出的贝塞尔曲线簇分解信号的幅相频率特性曲线进行了特性分析和Matlab仿真研究,从而提出了一种利用DETF输出信号xr中ωr0或ωr0 ωp频率分量来解算科氏力的方法,实现对输入角速度?的检测,并采用SOG工艺加工此新型结构得到样件。研究表明,此新型谐振式硅微机械陀螺结构具有准数字输出,并能有效提高其输出信号的信噪比。     

微机械陀螺仪的研制现状

介绍了当前国内外微机械陀螺仪的研制现状，阐述了微机械陀螺仪的两种典型结构，指出了微机械陀螺仪的发展方向。微机械陀螺仪正朝着小型化和低成本方向发展，将会在集成式导航系统和运动控制系统中大量使用。     

改进型双框架式硅微角振动陀螺仪的工作机理及误差分析

一本文介绍了改进型双框架式硅微角振动陀螺仪的结构特点及工作机理，给出了它的力学模型，分析了它的各种误差，这对于研制该型陀螺仪具有一定的参考价值。     

双输入轴微机械陀螺仪的研究与进展

微机械陀螺仪是微机电系统（MEMS）研究的重要内容。双输入轴微机械陀螺仪可最大限度地发挥微结构的固有功能并实现最低成本。本综合了国内外在这方面的主要研究报道，概述各自的结构、工艺、测试和性能特点，以展示双输入轴微机械陀螺仪的发展历史与研究现状。     

硅微型两自由度振动轮式陀螺仪的研究

本文详细介绍了一种利用微电子加工工艺制作的硅微型两自由度振动轮式陀螺仪的新结构 ,分析了该种陀螺仪的工作原理 ,推导了陀螺仪动力学方程 ,并讨论了梳状谐振器的工作机理和陀螺仪模拟力反馈的闭环控制方案 ;目前已制作完成了该型陀螺仪的原理样机     

硅微机械振动轮陀螺仪的机理研究

本文针对Ｄｒａｐｅｒ 实验室公布的硅微机械振动轮陀螺仪的设计方案,给出了它的非线性 动力学方程和运动规律,分析了该陀螺仪壳体绕空间任意轴匀速旋转时干扰力矩所引起的漂 移率,给出了比通常线性化处理后得到的角速率测量关系式更为精确的测量表达式。     

Complexity of resonances exhibited by a nonlinear micromechanical gyroscope: an analytical study

Nonlinear Dynamics - Dynamics behavior of the micromechanical gyroscope designed for measuring one component of the angular velocity is studied in the paper. The Cardan suspension is applied to...     

国外微机械惯性仪表的进展

本文综述了国外微机械惯性仪表的进展；分别介绍了微硅型加速度计、微硅型陀螺仪、多功能加速度计陀螺以及微惯性测量单元的原理、结构、电路组成及性能指标；初步探讨了这类仪表的应用前景和技术发展的途径。     

Backbone transitions and invariant tori in forced micromechanical oscillators with optical detection

Micromechanical oscillators often display rich dynamics due to nonlinearities in their response, actuation, and detection. This paper investigates the complicated response of a forced micromechanical oscillator. In particular, we investigate a thermally induced transition in the resonant response of a forced micromechanical oscillator with optical detection; and the branches of invariant tori formed at subsequent bifurcations that occur with increasing laser power. We use perturbation theory and continuation algorithms to investigate and compute these branches of invariant tori. The results of both methods are compared.     

Modeling MEMS resonators with rod-like components accounting for anisotropy, temperature, and strain dependencies

Numerous systems can be described using masses and rods in transverse vibration. Motivated by the desire to model the effects of axial strain and temperature on systems of this type, we develop a procedure to determine the frequencies of transverse vibration of devices composed of rods and rigid masses as functions of these effects. Our models allow for the rods to be composed of anisotropic materials with material symmetry contained in the cubic system. The goal of the present paper is to demonstrate the modeling procedure using the example of a double-ended tuning fork (DETF). Following this, the results of a slightly more complicated model are compared with the experimental results found for a prototype MEMS DETF sensor composed of polycrystalline silicon.     

Thermomechanical transitions in doubly-clamped micro-oscillators

The small size and low damping of MEMS oscillators give rise to phenomena that are not observed routinely at the macroscopic scale. In this work we document and explain an experimentally observed transition in the response of a doubly clamped micromechanical oscillator with pretension. The transition from softening to hardening is repeatedly observed upon increasing the power of an incident sensing laser beam, a procedure routinely used to improve signal strength during optical detection of resonant motion of microstructures. At intermediate laser power, a novel resonant response that displays characteristics of both softening and hardening in the same sweep, is observed experimentally. Increased laser heating of a structure in tension may be expected to increase softening behavior. Using tools from non-linear dynamics and continuum mechanics, we show that the observed counter-intuitive behavior can be explained by a competition between the opposing responses of linear and non-linear stiffnesses to a change in temperature.