静电驱动压电检测微机械陀螺仪的力学分析(精)
微机械陀螺测试与标定技术研究(共6篇)
微机械陀螺测试与标定技术研究（共6篇）篇1：三曹句子翻译
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微陀螺梳齿静电驱动力的计算方法
微陀螺梳齿静电驱动力的计算方法姚峰林;高世桥【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2011(024)009【摘要】To calculate the electrostatic force in the micro machined gyroscope is a key problem in the mechanical characteristic of it. Base on the principle of electrostatic drive of the micro machined gyroscope, the paper introduces infinite plane model, edge-effect model and comer-effect model as the electrostatic field computation module of the micro comb. It deduces the formula of capacitance computation and electrostatic force of three models. By the numerical calculation and finite element calculation, it gets the capacitance and the electrostatic force of the gyroscope and the applicable circumstance of each model that the overlap length in variation. It suggests that the edge-effect and the corner-effect of comb should be fully considered when designing and computing the comb.%准确计算静电力是分析微机械陀螺力学特性的关键.文章基于微陀螺静电驱动原理,介绍了微梳齿结构的静电场计算的无限大平板模型,边缘效应模型,拐角效应模型三种模型.推导了三种模型的电容计算公式和静电力计算公式.通过数值计算和有限元计算,得到交叠长度变化时,不同计算模型的电容和静电驱动力的对比和各种模型的适用范围.说明在微尺度条件下静电场的边缘效应和拐角效应应当在设计和计算梳齿时应当充分考虑.【总页数】5页(P1265-1269)【作者】姚峰林;高世桥【作者单位】北京理工大学机电学院,北京100081;太原科技大学机电学院,太原030024;北京理工大学机电学院,北京100081【正文语种】中文【中图分类】TP212.1;TB934【相关文献】1.静电悬浮转子微陀螺DSP测控技术相关问题研究 [J], 陈旻2.硅微陀螺梳齿驱动的面内失准分析 [J], 刘梅;周百令3.静电力非线性对双检测微陀螺谐振频率及灵敏度稳定性的影响 [J], 郝淑英; 李伟雄; 李会杰; 张琪昌; 冯晶晶; 张昆鹏4.静电驱动下振梁微陀螺仪的性能分析 [J], 李伟;杨晓东;张伟5.刚度及静电力非线性对多自由度微陀螺静态特性影响 [J], 何赢男;郝淑英;宋宇昊;张琪昌;刘君因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
毕业论文《陀螺仪的原理及应用》.docx
毕业论文（2011届本科）题 目： 陀螺仪的原理及其应用专 业： ______________ 物理学 _____________作者姓名:指导教师： 李守义职称:副教授 完成日期： 2011年 5 月 20 B —o —年五月编号 0710118系（部）院: 理与机电工程学院李淑娟河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明 (2)河西学院本科生毕业论文（设计）任务书 (3)河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告 (5)陀螺仪的原理及其应用 (7)0引言 (7)1陀螺仪的原理 (9)2几种陀螺仪介绍 (10)2」微机械陀螺仪 (10)2.1.1微机械陀螺仪姿态测量原理 (10)2.1.2微机械陀螺的发展 (11)2.2硅微振动陀螺仪 (12)2.2.1振动陀螺仪的原理 (12)2.2.2驱动力的表达式 (12)2.2.3硅微振动陀螺仪的发展 (14)2.3光纤陀螺仪 (14)2.3.1光纤陀螺仪的原理 (14)3.3.2光纤陀螺的发展 (15)2.4弹性驱动陀螺仪 (16)2.4.1弹性驱动陀螺仪的启动原理 (17)2.4.2弹性驱动陀螺仪的发展 (19)3结论 (19)致谢 (20)参考文献 (21)文献综述 (22)河西学院本科生毕业论文（设计）题目审批表 (24)河西学院物理与机电工程学院指导教师指导毕业论文情况登记表 (25)河西学院毕业论文（设计）指导教师评审表 (25)河西学院本科生毕业论文（设计）答辩记录表 (27)河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文，是本人在指导老师的指导下独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文屮已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
本科毕业论文（设计）作者签名:二o——年五月二十日3fl]梁阁亭，恵俊军，李玉平.陀螺仪的发展及应用[J1•飞航导弹,2006, 4: 38-40.[2] 王广龙，祖静,张文栋.微机械陀螺仪及其应用研究[J].电子测量与仪器学报,1999, 13⑵:31~34.[3] 王存超，王寿荣，夏敦柱.基于自适应控制的硅微振动陀螺仪驱动电路研究卩].测控技术,2007, 26(7): 73-77.[4] 姜仁富.弹性驱动陀螺仪概述[J].传感世界,1996,3: 19~24[5] 裘安萍，蔡体普等.硅微机械振动陀螺仪非线性动力分析[J].传感技术学报,2000,1:1422.[6] 郭秀屮，阮爱武.微机械梳状驱动陀螺仪的理论分析[J].传感器世界，1997, 16(3): 23~26.[7] Sanders G A, Szafraniec B, LIU Renyong et al. Fiber optic gyros for space, marine, and aviation applications[J]. SPIE.1996, 2837: 61 〜67.[8] Kajioka H, Humagai T, Nakai H, et al. Commercial applications of mass- produced fiber optic gyros[J]. SPIE. 1996, 2837: 18 〜37. 19]胡卫东.光纤陀螺发展评述[J].红外技术,2001,23(5): 29〜33.110]金杰，王玉琴.光纤陀螺研究综述卩].光纤与电缆及其应用技术,2003. 6: 4〜7.f 11] JIN J, WANG Y Q. An overview of fiber-optic gyroscopes [J]. Optical Fiber & Electric Cable and Their Applications, 2003, 181:4〜7 (in Chinese).[12]谭健荣，刘永智，黄琳.光纤陀螺的发展现状[J].激光技术,2006, 30(5): 544〜547.论文撰写，写出初稿，进行修改并定稿。
微机械陀螺仪的国内外发展概述
微机械陀螺仪的国内外发展概述学号：07060441x28 姓名：摘要：陀螺仪是一种用于测量旋转速度或旋转角的仪器。
它在运输系统，例如：导航、刹车调节控制和加速度测量等方面有很多的应用。
微机械陀螺仪主要有振动式微机械陀螺仪、转子式微机械陀螺仪、微机械加速度计陀螺仪三种，现在工业控制、航空航天、军用技术都不可能离开惯性传感器：汽车、消费品和娱乐市场也开始依赖这些设备。
许多市场调查一致认为微机械传感器市场将以每年15%-25%的年增长率增长。
微机械陀螺仪的性能指标在很短的十几年内得到了迅速提高，目前正由速率级向战术级精度迈进。
根据随机游走系数定义陀螺仪的性能指标，体微机械和表面微机械陀螺仪的性能在每2年便以10倍的速度得到提高，表面微机械陀螺仪和体微机械陀螺仪的性能的差距也越来越小。
也正是由于微机械陀螺仪的广泛应用，使得世界各国都致力于对陀螺仪的研究和发展。
正文：一、微机械陀螺仪的分类简介及用途。
陀螺是首先在火箭上得到应用的，开始于二战期间德国的V2火箭。
从此，陀螺仪和加速度计成为一门惯性技术而快速发展起来，冷战时期精度上快速提高，功能上有很大扩展。
不仅在海、陆、空、天的军事领域普遍应用，而且在大地测量、空中摄影、隧道开凿和石油钻井等等许多民用部门也用它起到定向和稳定作用。
在军事应用的牵引下，惯性仪表精度大幅提高的同时，相关的制造工艺越来越复杂，生产周期长，成本很高，价格昂贵，令民用部门望而却步。
即使在军用方面，由于陀螺仪转子的高速旋转和惯性测量系统的复杂性，在可靠性、安全性、兼容性、寿命以及体积重量等方面也暴露出某些固有的弱点。
凡此种种，促使科技人员去思考和探索新的测量工具和测量方式，以替代传统的机械转子式的陀螺仪。
因而，各种各样的新型陀螺仪和加速度计相继研制出来并成功地获得应用。
微机械陀螺仪主要有振动式微机械陀螺仪、转子式微机械陀螺仪、微机械加速度计陀螺仪三种：（1）振动式微机械陀螺仪。
振动式微机械陀螺仪利用单晶硅或多晶硅制成的振动质量，在被基座带动旋转时的哥氏效应感测角速度。
陀螺仪漂移及测试课件
陀螺仪测试中的注意事项
在进行陀螺仪测试时，应确保测试环 境干净整洁，避免灰尘、污垢等杂质 对测试结果造成影响。
在进行动态测试时，应遵循安全操作 规程，确保测试过程中的安全。
测试前应对陀螺仪进行充分的预热， 以确保其性能稳定。
对于高精度的陀螺仪，应采用高精度 的测试设备进行测试，以确保测试结 果的准确性。
陀螺仪的种类和用途
机械陀螺仪
微机械陀螺仪
利用旋转轴的定轴性，用于方向测量 和控制系统，如导弹、飞机、船舶等 导航系统。
利用微机械加工技术制造，具有低成 本、小型化、集成化等特点，用于消 费电子产品、智能穿戴设备等。
光学陀螺仪
利用光束的干涉效应，具有高精度、 抗电磁干扰等特点，用于高精度测量 和控制系统，如卫星定位系统、惯性 导航系统等。
CHAPTER
陀螺仪静态测试
01
02
陀螺仪静态测试是指将 陀螺仪置于静止状态下 进行测试，以评估其性能。
测试内容包括检查陀螺 仪的零点稳定性、分辨 率、噪声水平等。
03
静态测试通常在实验室 环境下进行，以确保测 试结果的准确性。
04
静态测试还可以用于评 估陀螺仪在不同温度和 湿度条件下的性能表现。
陀螺仪动态测试
01
02
03
04
陀螺仪动态测试是指在实际运 动状态下对陀螺仪进行测试， 以评估其在动态环境中的性能。
测试内容包括检查陀螺仪的动 态响应速度、抗干扰能力、稳
定性等。
动态测试通常在振动台、离心 机等设备上进行，以模拟实际
使用中的各种运动状态。
动态测试还可以用于评估陀螺 仪在不同运动状态下的性能表 现，如旋转、俯仰、滚动等。
CHAPTER
微机电(mems)陀螺仪校准值的不确定度分析
《计量与测试技术》２０１９年第 ４６卷第 １１期
微机电（ＭＥＭＳ）陀螺仪校准值的不确定度分析
陈倩倩 钱 峥 张 杰 金 磊
（南京市计量监督检测院，江苏 南京 ２１００４９）
摘 要：ＭＥＭＳ陀螺仪的量值溯源一直是惯性导航检测校准的主要难题。标度因数和零偏是衡量 ＭＥＭＳ陀螺仪性能的主要校准值之一。本文 根据标度因数的最小二乘法表达公式，采用微分算子方法计算出标度因数的协因数，并由此分析了标度因数和零偏的测量不确定度。 关键词：ＭＥＭＳ陀螺仪；标度因数；零偏 中图分类号：Ｖ２４１５ 文献标识码：Ａ 国家标准学科分类代码：４６０４０３０ ＤＯＩ：１０．１５９８８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００４－６９４１．２０１９．１１．０３７
( )Ｋ Ｆ０
Ｆ１
＝(
ＧＴＧ)
－１ＧＴ
ＦＭ
(
＝
Ω１
１
… …
)ΩＭ
１
Ω１
ΩＭ
１ －１
１
（４）转台工作稳定后，启动计算机采样程序，在 输入角速率范围内，按照 ＧＢ３２１－２００５规定的 Ｒ５ 系列，选择包括最大输入角速率的不少于 １１个角速 率校准点，分别正转、反转。其中，小于 ±１００°／ｓ速 率点的 ＭＥＭＳ陀螺仪采样数据不少于 ３０个，大于 等于 ±１００°／ｓ速率点的 ＭＥＭＳ陀螺仪采样数据不 少于 ５个。
Ｆｊ＝Ｎ１Ｐ∑Ｎ＝１ＦｊＰ
（１）
式中：ＦｊＰ为第 ｊ个角速度的陀螺仪对应的第 Ｐ 个输出值。
Ｆｒ＝１２( Ｆｓ＋Ｆｅ)
（２）
式中：Ｆｓ—校准开始 时 陀 螺 仪 输 出 的 平 均 值； Ｆｅ—校准结束时陀螺仪输出的平均值，需求出其平 均值并剔除。则有：
Ｆｊ＝Ｆｊ－Ｆｒ
（３）
mems微静电陀螺仪结构设计和加工工艺
m， （c）第二次RIE刻蚀。刻蚀深度为2 从而形成6 m深的键合台面和14个2 m高 的止挡。
（d）铝牺牲层工艺。溅射铝膜500nm。去 胶剥离多余铝，形成铝质薄膜牺牲层。 （e）第一次玻-硅键合。将硅片正面与制备 了电极的底层玻璃进行静电键合。
（f）硅片减薄。采用湿法刻蚀将硅片厚度 减至约80 m，再用抛光液在聚氨酯盘上进 行抛光。
3、LIGA和准LIGA工艺。通过电铸方法加工出大高宽比的可活动微结构，机械 性能好，灵敏度高，但工艺难度大，成本高。
体硅深刻蚀释放工艺
（1）刻蚀浅槽
（4）阳极键合
（2）表面掺杂
（5）硅片减薄
（3）金属电极
（6）释放结构
体硅深刻蚀释放工艺
牺牲层工艺
由于转子无任何机械约束，若在电感耦合等离子体ICP刻蚀过程中将 转子一次性释放，则转子容易在膨胀气体作用下迸出。在工艺设计 中引入铝牺牲层对转子进行约束，牺牲层为薄膜梁结构，铝牺牲层 均匀覆盖在转子底层内外两侧，厚度为500nm。在结构加工完成后， 采用湿法刻蚀将牺牲层去除。
工艺流程
加工工艺流程（2）
（g）第3次RIE刻蚀。刻蚀深度为4 m，形 成4 m高的顶部键合台面。 （h）第4次RIE刻蚀。刻蚀深度为2 m，形 成6 m深的键合台面和2 m高的止挡。 （i）ICP释放结构。采用刻蚀机将硅结构层 刻透，形成径向电极、导通硅和转子。 （j）第2次玻-硅键合。将硅背面与顶层玻璃 进行静电键合。 （k）划槽和裂片。按照玻璃片上已有的划 片标记对组合片进行手工划片，裂片得到单 个管芯。 (l)湿法去除铝牺牲层。裂片后，将管芯浸泡 在配置好的铝刻蚀剂中，在超声波环境中将 其去除，最后清洗、烘干，得到转子可动的 微结构。
加工工艺流程（1）
MEMS 陀螺仪简介及其应用
命题教师：1.出题用小四号、宋体输入打印， 纸张大小为8K.考 生：1.不得用红色笔，铅笔答题，不得在试题纸外的其他纸张上答题，否则试卷无效。
2.参加同卷考试的学生必须在“备注”栏中填写“同卷”字样。
3.考试作弊者，给予留校察看处分；叫他人代考或代他人考试者，双方均给予开除学籍处理。
并取消授予学士学位资格，该科成绩以零分记。
MEMS 陀螺仪简介及其应用杨永 110204116摘要：自陀螺仪问世，因其独特的性能，广泛地应用于航海、航空、航天以及国民经济等领域。
陀螺及其相关技术一直是各国重点发展的技术之一，发展十分迅速。
迄今为止，陀螺仪从传统的刚体转子陀螺仪到新型的固态陀螺仪，种类十分繁多。
液浮陀螺、静电陀螺和动力调谐陀螺是技术成熟的三种刚体转子陀螺仪，达到了精密仪器领域内的高技术水平。
随着光电技术、微米/纳米技术的发展，新型陀螺仪如激光陀螺、光纤陀螺和微机械陀螺应运而生。
它们都是广义上的陀螺仪，是根据近代物理学原理制成的具有陀螺效应的传感器。
因其无活动部件，称为固态陀螺仪。
这种新型全固态的陀螺仪将成为未来的主导产品，具有广泛的发展前途和应用前景。
关键词： MEMS ；陀螺仪；光学陀螺；微机械陀螺1.MEMS 概述MEMS 是英文Micro Electro Mechanical systems 的缩写，即微电子机械系统。
微电子机械系统(MEMS)技术是建立在微米/纳米技术（micro/nanotechnology ）基础上的 21世纪前沿技术，是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。
它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。
这种微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。
它用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA 和晶片键合等技术)相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。
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静电驱动压电检测微机械陀螺仪的力学分析
微机械陀螺仪具有体积小、重量轻、成本低,可靠性高、可批量生产、
便于与电子线路集成等优点,因此在军用和民用领域具有广阔的应用前景。在微
机械陀螺研究中,研制出价格低廉、体积小巧而性能适中的微机械陀螺仪将成为
人们追求的一个重要目标。本文分析了一种静电驱动、压电薄膜检测新型微机
械陀螺仪的力学模型,从而为工程应用提供一种可选的结构形式。本论文的主要
工作包括:(1)对微机械振动陀螺仪的研究历史和发展现状作了简单的综述。(2)
用有限元软件ANSYS对结构进行模态分析,用以检验结构主振型是否能够测量被
测角速度,得到了结构前六阶振型和固有频率。(3)给出梳状静电驱动器的驱动
力大小计算公式,并分析了影响驱动力大小的因素。(4)建立微机械陀螺的振动
方程,利用卡氏第二定理,分析了振动方程中的刚度系数。(5)结合压电效应、弹
性力学、复合材料力学、振动理论对结构、两种薄膜形式进行了静力学分析。
(6)用一个具体结构尺寸的陀螺仪进行了数值计算。论文通过对静电驱动压电检
测微机械陀螺仪的力学分析,最后得到压电薄膜输出的总电荷与输入角速度的解
析式,从而对陀螺仪的设计提供重要的理论依据。