硅微机械陀螺传感器信号的检测方法

硅微机械陀螺是近几年发展起来的一种新型惯性元件。由于其巨大的军事和民用价值,各国均将研制过程中的关键技术列为高度机密。本文对硅微机械陀螺的关键技术之一 传感器信号的检测方法进行了探讨。提供了几种硅微机械陀螺传感器信号的检测方法,并对这几种检测方法进行了比较。     

导电混凝土传感器的热变形与机敏性研究

摘要 本文设计了具有不同灵敏度的水泥基传感器。测试了传感器的热变形特征与机敏性规律。验证了传感器埋入混凝土进行结构变形检测的可行性。热膨胀系数测定实验发现：与传统认为的受热膨胀不同,添加了碳纳米管的传感器具有热胀-热缩特性。通过对比传感器单独加载与埋入混凝土中加载,发现了大掺量的碳纳米管传感器的压阻效应更易受到混凝土干缩应力的影响。在荷载作用下,传感器的压阻效应会发生变化：压缩应变导致导电填料间距减小致使传感器电阻率减小;微损伤的产生导致导电填料间距增大而致使传感器电阻率增大。两者的竞争机制形成了水泥基传感器压阻效应的非线性特征。本文根据实验结果和电子跃迁的隧道效应理论,建立了水泥基传感器的压阻模型。     

基于电容检测接口ASIC的闭环微机械加速度计

对于采用微传感器和接口ASIC两芯片方案来实现的电容式微机械加速度计来说,寄生电容是影响其性能的重要因素之一。采用采样电荷结构,设计实现了电容检测接口ASIC电路,该电路具有对寄生电容不敏感的特点,并在0.35-μm CMOS标准工艺下流片实现。基于流片得到的电容检测ASIC样片,以梳齿式硅微传感器为敏感元件,采用滞后比例积分调节器,通过力平衡反馈方案设计实现了一种闭环微机械加速度计。实验结果表明:该闭环微加速度计的灵敏度为650 mV/g,噪声基底为23.17μg Hz。     

基于Allan方差解耦自适应滤波的MHD/MEMS信号融合方法

为满足卫星平台对宽频带角速率测量需求,补偿磁流体动力学(MHD)微角振动传感器低频误差,提出了一种基于Allan方差的解耦自适应Kalman滤波方法,实现了MHD微角振动传感器与MEMS陀螺仪的组合测量。该方法使用Allan方差计算量测噪声的方差,克服了标准Kalman滤波对模型参数精确性要求较高的缺点,同时避免了自适应Kalman噪声参数耦合易滤波发散的问题。实验证明解耦自适应Kalman对单频和混频信号均实现较好融合效果,均方误差降低至融合前的30%,信噪比改善超过10 dB。融合后的输出信号满足卫星千赫兹带宽的测量需求,可用于惯性测量单元中。     

智能车辆捷联视线稳定跟踪平台设计与实现

基于智能车辆环境识别传感器系统的特点,设计了隔离车体角运动,提供稳定传感器视线给智能车辆环境识别传感器系统的捷联稳定跟踪平台系统.详细分析了稳定平台系统的机械结构、伺服机构和捷联稳定算法,实时通信测试和动态性能检测试验表明,车载捷联视线稳定跟踪平台系统的设计满足智能车辆使用要求,为智能车辆的自主驾驶奠定了应用基础.     

偏振光传感器与微惯性器件组合导航技术（英文）

微惯性系统由于成本低,可靠性高,尺寸小等等优点成为目前研究的热点。但是微惯性系统不能提供正确的航向角,所以无法单独完成初始对准。而仿生偏振光传感器通过计算可得到航向角,并且偏振光传感器的误差不发散可以抑制微惯性器件的误差发散,所以把偏振光传感器和微惯性系统进行组合有很多优点。实验结果验证了偏振光导航传感器的数据是不发散的,并根据偏振光导航传感器提供的航向角完成了初始对准。在导航状态中,里程计用来提供水平速度,并通过卡尔曼滤波将偏振光导航传感器、微惯性系统和里程计组合。最后,通过实验验证了该组合导航系统的可行性。     

自旋导弹捷联式陀螺/地磁姿态测量方法

为了解决自旋导弹姿态测量遇到的高自旋角速率超过陀螺量程的问题,提出了一种利用敏感轴垂直于弹轴的双轴微陀螺与三轴地磁传感器组合测量解算自旋导弹姿态的方法.首先,建立了利用三轴地磁场传感器与双轴微陀螺进行姿态测量的解算模型,该模型利用双轴陀螺测得的载体弹轴垂直面的角速度提供俯仰角的微分,结合三轴地磁场传感器的输出解算出当前载体的姿态;接着讨论了模型解算中出现的增根的问题与正确解的判断方法;最后在传感器输出附加白噪声与弹体摆动条件下对该方法进行了仿真,得出在100 s的时间内,1800(o)/s的自旋角速度条件下姿态解算误差角为2°.仿真结果表明该方法可以直接解算三个姿态角均为动态变化的自旋弹的姿态角,因此可用于自旋导弹的姿态测量.     

微机械杠杆力放大效果的计算和提高

硅微谐振式加速度计是一种高精度的惯性传感器,它通过谐振梁刚度随惯性力的变化检测输入加速度的大小。为了得到较高的标度因数,国内外的研究机构普遍使用微机械杠杆机构来放大惯性力,但实验中微机械杠杆往往达不到理想的放大倍数,尤其是多级杠杆对力的放大作用非常有限。结合国内加工条件,微机械杠杆力放大机构的模型被合理简化,使用有限元分析运动模态的方法,分别计算微机械杠杆、检测质量支撑梁以及谐振梁的刚度,并按此仿真计算结果估算微机械杠杆的力放大倍数。通过理论推导、ANSYS仿真和对微机械杠杆实验的结果验证了这种方法的正确性。为分析微机械杠杆实际的力放大效果提供了一种实用方法,并基于此方法提出通过提高输出刚度来提高微机械杠杆力放大倍数的方法。通过对杠杆结构的优化,可将原有3.9倍的杠杆放大倍数提高到7.0倍。     

一种高动态使用微惯性测量单元的实现

针对在振动和高速自旋条件下使用MIMU的问题,提出了一种具备高动态环境适应能力的MIMU设计。采用国产微加速度计和微陀螺作为微惯性传感器,由Honeywell HMC2003完成地磁场测量。采用力学仿真方法分析了随机振动对MIMU本体结构的影响,优化设计后,加速度功率谱密度抑制比达到98.9%;在高速自旋状态下,采用地磁场组合解算方法弥补轴向微陀螺量程饱和所产生的失效数据,300(°)/s以上角速率误差小于1(°)/s。经飞行试验验证,该设计保证了微惯性传感器在高动态环境下的正常工作。     

硅微谐振加速度计交流检测信号解耦技术

硅微谐振加速度计以高精度的频率信号输出及潜在的敏感结构与处理电路实现一次集成的优势,成为硅微传感器研制的热点之一。针对交流检测信号耦合效应对硅微谐振加速度计性能的重要影响,在分析硅微谐振加速度计工作机理的基础上,从结构和电路两方面研究了交流检测信号耦合效应的来源,分析了耦合效应对检测电路和闭环控制精度的影响。采用双质量块结构方案和电路优化设计所研制的硅微谐振加速度计,基频为15 kHz,标度因数为36 Hz/g,量程为±30 g。试验证明耦合效应对仪表性能的影响降低到0.3 mg以内。     

贴片光弹性应力分离的一种新方法

本文介绍了在贴片光弹测试中分离主应力的一种新方法.它是借助于一种电容传感器,通过测定主应变之和从而达到分离主应力的目的.     

Use of shutdown of the capacitive storage in implementing electrical action on metallic shaped-charge jets

Tto improve the efficiency of electrical action on metallic shaped-charge jets, it is proposed to use shutdown of the capacitive storage at the time when the voltage on it during passage of an alternating discharge becomes zero. It has been shown that using this expedient eliminates recharging of the capacitive storage and provides better matching between the current pulse and the time of motion of various parts of the shaped-charge jet through the electrode gap. Studies have been conducted using a computational procedure in which the development of magnetohydrodynamic instability of the jet and the dispersion of its material are considered possible physical mechanisms reducing the penetration capability of shaped-charge jets under the action of high current pulses.     

Active boundary control of vibrating marine riser with constrained input in three-dimensional space

In this paper, the effects of initial deflection on the static and dynamic behaviors of circular capacitive transducers are experimentally investigated. The obtained results are in good agreement with numerical simulations. It is shown that the initial deflection has a major impact on the static response of the resonator by shifting the pull-in voltage, and on its dynamic response by increasing the resonance frequency and modifying the bifurcation topology from softening to hardening behavior. Moreover, the dynamic behavior of the microplate may display nonlinear periodic and quasiperiodic responses due to geometric and electrostatic nonlinearities.

     

Bifurcation analysis and nonlinear dynamics of a capacitive energy harvester in the vicinity of the primary and secondary resonances

Nonlinear Dynamics - The objective of the present study is to examine the effect of nonlinearity on the efficiency enhancement of a capacitive energy harvester. The model consists of a cantilever...     

Lateral pull-in instability of electrostatic MEMS transducers employing repulsive force

Nonlinear Dynamics - We report on the lateral pull-in in capacitive MEMS transducers that employ a repulsive electrostatic force. The moving element in this system undergoes motion in two...     

A novel capacitive pressure sensor structure with high sensitivity and quasi-linear responseUne nouvelle structure de capteur de pression capacitif avec haute sensibilitée et réponse quasi-linéaire

This paper describes a new capacitive structure of pressure sensor to increase simultaneously the sensitivity and the linearity of the transducer. This structure contains two capacitors which change in response to pressure, but in opposite senses. To increase even more the sensitivity of each capacitor, the pressure sensitive diaphragm carries a central boss. The optimal position and the length of the boss are also calculated. To cite this article: A. Ettouhami et al., C. R. Mecanique 332 (2004).     

Hierarchical motion planning at the acceleration level based on task priority matrix for space robot

Nonlinear Dynamics - A capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT) due to many benefits is being considered as an imaging and therapeutic technology recently. The critical challenge is to...     

Electromechanical vibrations of a piezoceramic hollow spheroid with a polar notch

A refined experimental technique for the measurement of the resonant frequencies and admittance under capacitive loading is outlined. The results of applying the technique to study the vibrations of a piezoceramic spheroid of complicated shape are discussed. It is shown that the deformation of the spheroid at all strong resonances is spatially asymmetric     

提高载体驱动硅微陀螺灵敏度的方法

载体驱动硅微陀螺是一种利用体微工艺制备的新型电容式振动MEMS陀螺,它安装于旋转飞行器上,利用载体的自旋作为驱动。当载体发生横向转动时,敏感质量受到周期性科氏力的作用,产生振动,从而敏感输入角速度。针对该种MEMS陀螺,首先介绍了陀螺的工作原理和电容式检测结构,然后详细分析了差分电容与敏感质量偏转角之间的关系,最后提出了一种通过调节电容拾取电路的脉冲信号的占空比,来提高陀螺灵敏度的方法。实验测试结果表明,当占空比由50%调整到75%时,相应输出电压峰峰值可由10.7 V提高到13.1 V,提高幅度达22.43%。理论分析和实验结果均表明,该方法可简便有效地提高陀螺灵敏度,具有实际应用价值。