电测法测量梳齿式微机械加速度计的机械参数

为测量梳齿式微机械加速度计敏感元件的机械参数,提出一种静态电测法。在施力电极上加载直流电压,产生与摆片重力相当的静电引力,根据静电力与重力平衡的关系式,求解出敏感元件的实际机械参数。进行了检测电路的放大性能实验、加速度计重力场静态翻滚实验和摆片的静电吸引实验。实验结果表明,该方法能准确地估算敏感元件的实际机械参数及静态性能。与其他方法相比,静态电测法能较为全面地评估加工工艺对系统性能的影响,不需要特殊的测量环境和仪器设备,能在制造现场使用。     

静电悬浮加速度计反馈引起闭环点漂移机理及抑制方法

静电悬浮加速度计的检测质量闭环点位置偏离电极框中心时会造成系统非线性误差,调整检测电路输出电压可调整检测质量闭环点,而在调整过程中发现反馈电压变化会引起电容检测电路输出电压漂移,从而影响闭环点调节精度。为解决此问题,研究了闭环点位置与检测电路输出电压变化的关系,推导了检测电路传递函数,初步确定了反馈电压对检测电路输出电压影响的原因是隔直电容选取不恰当,通过实验对比了材料为C0G、Y5P、X7R及SL的多层陶瓷电容作为隔直电容时输出电压与反馈电压关系。实验结果表明:采用低温漂、耐高压和受频率影响小的C0G电容作为隔直电容能够消除反馈对检测电路引起的输出电压漂移,从而消除调节闭环点过程中闭环点位置的漂移,并且能提高检测电路稳定性。     

硅微振梁式加速度计抗温漂的微结构及工艺设计

针对硅微振梁式加速度计输出频率随环境温度漂移的问题,提出了抗温漂的硅微结构设计方法及相关工艺,降低了环境温度对输出的影响,在室温条件即可达到一定精度。通过建立"硅-玻璃"和"玻璃-陶瓷"耦合模型,分析了造成硅微振梁式加速度计温度漂移的原因。然后提出了"抗温漂耦合设计"的微结构和"半粘结封装"的封装工艺,降低了耦合模型中的理论温漂。利用加工出的原理样机进行实验,结果显示,采用抗温漂结构设计及封装工艺的原理样机,输出频率的温漂系数为-3.5×10-6/℃,室温下零偏稳定性为72.0μg。实验验证了抗温漂理论的可行性,可以满足室温下高精度硅微振梁式加速度计的设计要求。     

一种基于PWCS的惯导系统可观测度分析方法

为研究惯导系统动基座滤波中各状态的收敛情况与载机机动的关系,提出一种基于分段线性定常系统( pwcs)的可观测度分析方法.该方法利用PWCS可观测性分析方法中的提取可观测矩阵,进一步进行可观测度的计算,用可观测阶数和相对可观测度两个指标对可观测性进行量化.分析结果能够明确表示出不同状态在观测中的耦合,准确预测可观测度不...     

两位置法快速测定近钻头惯性测量模块的温漂模型

近钻头惯性测量模块(Near-bit Inertial Measurement,NIM)用于石油钻井中实时测量导向外套的姿态角,是导向钻进闭环控制中的重要组成部分。它采用三轴加速度计组合测量重力加速度实现姿态角测量。为了提高加速度计在工作温度范围内的测量精度,需对其进行温漂模型标定。针对三轴加速度计组合的传统12位置翻滚温度模型测定方法存在耗时长、操作效率低的局限性,提出一种新的加速度计三轴组合温度模型标定方法——两位置法,并通过实验验证了温度补偿的效果。在10℃~150℃的温度范围内,补偿后加速度的测量精度达5×10~(-4)g,完全满足NIM测量姿态角的要求。     

一种制导炸弹MINS／GPS导航系统误差分析与分配

研究了对准误差和惯性敏感器主要误差对制导炸弹捷联惯导位置误差的影响,并从捷联惯导位置导航精度要求反推出对准误差和微机械惯性敏感器工具误差的分配原则和方法.分析了微机械陀螺和微机械加速度计的误差模型,并说明在短时间工作过程中均可简化为零偏叠加随机噪声.捷联惯导系统误差模型研究和弹道仿真表明,水平姿态对准误差和惯性敏感器零偏是制导炸弹惯导误差的主要误差源,用GPS辅助的组合导航可对所有主要误差源的误差进行估计并补偿.根据理论分析和仿真结果,以及误差源的误差和系统导航位置误差存在的正比关系,分析了MINS/GPS制导炸弹捷联导航的误差分配原则和方法,并给出了误差分配样例.     

基于遥外差数据估算初始定位误差的新方法

针对潜地导弹初始定位误差的估算问题,提出一种基于发射惯性系下遥外差数据进行解算的初始定位误差估算的新方法.该方法基于制导工具误差的产生机理及传递关系:建立了初始定位误差与遥外测数据之间的关系,推导出利用遥外差数据估算初始定位误差的数学模型,结合飞行试验数据分析了该方法的计算精度.在研究遥外差信息选取原则的基础上,重点分析了外测数据随机误差对于估算精度的影响,并提出了时间域上的最小二乘改进算法来提高估计结果的精度.利用飞行试验测量数据来验证该算法,计算结果证实了该估算方法的有效性和可行性.     

电容式微加速度计零偏的补偿方法

在电容式微加速度计系统中,零偏是一个普遍存在的问题.针对这个问题设计了一种采用二进制权重的微小电容阵列,引入了基于电荷的电容测量方法并对其进行了仿真验证,验证表明这种电容测量方法具有约0.01fF的测量精度.采用该种电容测量方法对微小电容阵列进行仿真,在线宽为0.18 um的一层多晶硅六层金属的CMOS工艺下,取得了1.23% 的相对精度,表明这种方法是可行性.     

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。     

静电悬浮微硅陀螺的空气阻尼特性

为保证静电悬浮微陀螺在工作状态下具有期望的动态特性,需要得到微陀螺六自由度运动的空气阻尼模型。根据流体力学和分子动力学的基本理论,在考虑空气流动状态、温度和气膜可压缩性的基础上,构建了描述微陀螺压膜阻尼特性的Reynolds方程,以及描述滑膜阻尼特性的Couette流模型。将微陀螺表头内部气膜分成了8个区,推导了气膜在大间隙振动、径向摆动和轴向旋转时的气膜阻尼系数。根据微陀螺的结构参数进行气膜阻尼仿真,结果表明:轴向压膜阻尼对微陀螺支承系统的动态特性影响最大,气膜间隙-气膜阻尼系数曲线呈抛物线型,气膜阻尼系数随温度呈线性变化。