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一种MEMS多环谐振陀螺的品质因数在线测试方法 被引量:2
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作者 任静波 周怡 +2 位作者 朱欣华 周同 苏岩 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期516-521,共6页
针对MEMS多环谐振陀螺品质因数的快捷有效测定问题,提出了一种应用于MEMS多环谐振陀螺的品质因数在线测试方法。基于对MEMS多环谐振陀螺的动力学模型分析,得到陀螺驱动模态振动位移稳态解的幅值与陀螺的品质因数相关性。为了把陀螺的品... 针对MEMS多环谐振陀螺品质因数的快捷有效测定问题,提出了一种应用于MEMS多环谐振陀螺的品质因数在线测试方法。基于对MEMS多环谐振陀螺的动力学模型分析,得到陀螺驱动模态振动位移稳态解的幅值与陀螺的品质因数相关性。为了把陀螺的品质因数从振动位移稳态解的幅值中提取出来,采用锁相环(PLL)实现对陀螺驱动模态谐振频率的实时跟踪,采用自动增益控制(AGC)实现对MEMS多环谐振陀螺振动位移的闭环稳幅驱动。通过提取锁相环输出的谐振频率和振动位移稳态解的幅值解算出陀螺的品质因数。该方法与传统的品质因数测试方法不同之处在于不需要通过数据采集、离线处理等步骤就可以在线自动获取陀螺的品质因数,大大提高了品质因数测试的工作效率。实验结果表明,在陀螺上电后0.6 s左右即可获得相对准确的品质因数结果。 展开更多
关键词 MEMS多环谐振陀螺 品质因数 驱动 振动位移稳态解 在线测试
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基于刚度轴偏角预估机制的MEMS多环谐振陀螺全闭环控制方法 被引量:3
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作者 周同 余卓林 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期46-54,共9页
针对微机电系统多环谐振陀螺正交闭环回路存在控制误差问题,提出一种基于刚度轴偏角预估机制的多环陀螺全闭环控制方法。该方法通过对微机电系统多环谐振陀螺刚度轴偏角预估,实现正交闭环回路参数自动优化调整。同时,提出了基于刚度轴... 针对微机电系统多环谐振陀螺正交闭环回路存在控制误差问题,提出一种基于刚度轴偏角预估机制的多环陀螺全闭环控制方法。该方法通过对微机电系统多环谐振陀螺刚度轴偏角预估,实现正交闭环回路参数自动优化调整。同时,提出了基于刚度轴偏角预估机制的全数字化闭环控制方法,实现微机电系统多环谐振陀螺的驱动、检测、正交、模态匹配环路的全闭环控制。该方法可提升正交闭环回路信噪比,增强陀螺正交漂移的抑制能力,降低陀螺零偏输出,改善陀螺的零偏不稳定性。实验结果表明,采用本文提出的基于刚度轴偏角预估机制的全闭环控制方法后,微机电系统多环谐振陀螺的零偏输出由0.201°/s降低为0.0213°/s,零偏不稳定性由39.42°/h降低为1.237°/h,分别降低了9.44倍和31.86倍,验证了该方法对提升微机电系统多环谐振陀螺仪性能的有效性。 展开更多
关键词 微机电系统多环谐振陀螺 刚度轴偏角预估 全闭控制
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多环谐振微陀螺结构参数对性能的影响分析 被引量:5
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作者 谷留涛 张卫平 冯军 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第3期368-373,共6页
多环谐振微陀螺是一种全对称平面结构的MEMS陀螺仪,具有体积小、功耗低、可批量制造、抗冲击性强等优点,是目前最具发展前景的MEMS陀螺仪之一。围绕多环谐振微陀螺的结构及其优化设计展开研究,深入分析了多环谐振微陀螺的结构机理和关... 多环谐振微陀螺是一种全对称平面结构的MEMS陀螺仪,具有体积小、功耗低、可批量制造、抗冲击性强等优点,是目前最具发展前景的MEMS陀螺仪之一。围绕多环谐振微陀螺的结构及其优化设计展开研究,深入分析了多环谐振微陀螺的结构机理和关键性能参数,搭建了一套通用的有限元计算平台,仿真分析了结构参数对其关键性能的影响。仿真结果表明,谐振环宽度和谐振子半径是影响多环谐振微陀螺性能的主要参数,通过减小环宽度和增加谐振子半径可以有效地提高陀螺性能;多环谐振微陀螺热弹性阻尼可以用Zener热弹性阻尼理论近似;多环谐振微陀螺角度增益大小不受结构参数的约束,约为0.4。其仿真分析结果可以为设计高品质多环谐振微机械陀螺提供一定的参考。 展开更多
关键词 微机电系统 多环谐振微机械陀螺 有限元仿真 优化设计
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MEMS多环陀螺热弹性阻尼温度特性分析 被引量:6
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作者 林晨 苏岩 +2 位作者 杨明明 李毅轩 朱欣华 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期793-798,共6页
多环谐振陀螺热弹性阻尼的稳定性对陀螺的全温性能有重要影响。为了使阻尼的温度补偿有据可依,展开了多环谐振陀螺热弹性阻尼与温度关系的研究,利用理论计算与仿真相结合的方式建立了两者的数学模型。首先建立了常温下的多环谐振陀螺的... 多环谐振陀螺热弹性阻尼的稳定性对陀螺的全温性能有重要影响。为了使阻尼的温度补偿有据可依,展开了多环谐振陀螺热弹性阻尼与温度关系的研究,利用理论计算与仿真相结合的方式建立了两者的数学模型。首先建立了常温下的多环谐振陀螺的热弹性阻尼数学模型,从中分析出结构形式、工作模态振型及材料参数决定了热弹性阻尼的大小,而其中只有结构层的材料参数对温度较为敏感。因此建立了材料参数的温变数学模型,并利用该模型与理论和仿真相结合的热能量法建立了高效的多环谐振陀螺热弹性阻尼温变模型。接着利用该模型与幂函数拟合出了热弹性阻尼与温度之间的表达式。最后通过实验验证了模型与表达式的准确性,将误差量化后,模型参数误差最大值小于1.7%。 展开更多
关键词 多环谐振陀螺 热弹性阻尼 温度特性 热能量法 曲线拟合
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一种抗过载全硅谐振环式微机电陀螺设计和测试
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作者 王健 岳亚洲 +3 位作者 李文宏 张彧哲 吕平太雷 宋家玮 《中国惯性技术学报》 2025年第8期820-825,共6页
设计并实现一款抗过载的全硅圆片级真空封装多环谐振式MEMS陀螺(DRG),采用体硅加工工艺,结构包括硅通孔(TSV)层,中间结构层和电互连绝缘体上硅薄膜(SOI)盖板层。为了降低陀螺热机械噪声和寄生模态耦合影响,中间(111)硅片结构层厚度选择... 设计并实现一款抗过载的全硅圆片级真空封装多环谐振式MEMS陀螺(DRG),采用体硅加工工艺,结构包括硅通孔(TSV)层,中间结构层和电互连绝缘体上硅薄膜(SOI)盖板层。为了降低陀螺热机械噪声和寄生模态耦合影响,中间(111)硅片结构层厚度选择270μm。环内和环外均布置电极方便进行模态驱动、检测和调谐控制。有限元仿真显示其具有良好抗冲击性能,面内方向可承受4.5×10^(4)g加速度冲击,面外方向可承受6×10~4g加速度冲击。测得谐振频率约14.6 kHz,加工频率裂解7.4 Hz,幅值衰减法测得驱动模态和检测模态品质因数约4.3×10^(4)。模态匹配下测得陀螺零偏不稳定性1.85(o)/h,角度随机游走(ARW)为0.051(o)/h。通过提高谐振环厚度的方法提高DRG陀螺有效质量,降低陀螺角度随机游走噪声和寄生模态耦合,同时器件具有优异的抗过载能力,为实现高精度抗过载DRG陀螺提供一种可行方法。 展开更多
关键词 多环谐振式MEMS陀螺 抗过载 有限元仿真
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