微机械振动式陀螺接口电路设计与实现 被引量：12

1

作者 陈懿 金仲和 +2 位作者 王慧泉 焦纪伟 王跃林 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第7期726-732,共7页

介绍了一种电磁驱动电容检测的微机械振动式陀螺的接口电路,电路由自激驱动电路和信号检测处理电路组成。自激驱动部分利用陀螺自身的谐振特性配合反馈电路产生自激振荡,同时为检测部分提供了稳定的同步信号;检测部分利用该同步信号和... 介绍了一种电磁驱动电容检测的微机械振动式陀螺的接口电路,电路由自激驱动电路和信号检测处理电路组成。自激驱动部分利用陀螺自身的谐振特性配合反馈电路产生自激振荡,同时为检测部分提供了稳定的同步信号;检测部分利用该同步信号和陀螺的输出信号进行同步解调,得到角速度信号。最后对该电路的性能和测试结果进行了分析。 展开更多

关键词 微机械振动式陀螺 自激驱动 电容电压变换 同步解调 自动增益控制

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振动式微机械陀螺的带宽特性分析 被引量：5

2

作者 陆学斌 刘晓为 +2 位作者 陈伟平 陈宏 韩天 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期337-340,共4页

对振动式微机械陀螺的带宽特性进行了讨论,以设计的一种带解耦结构的振动式微机械陀螺为模型,利用数学工具软件MATLAB对其进行了带宽特性分析。分析结果表明,对于2自由度的陀螺,驱动频率的带宽不仅与驱动模态和检测模态的频率匹配有关,... 对振动式微机械陀螺的带宽特性进行了讨论,以设计的一种带解耦结构的振动式微机械陀螺为模型,利用数学工具软件MATLAB对其进行了带宽特性分析。分析结果表明,对于2自由度的陀螺,驱动频率的带宽不仅与驱动模态和检测模态的频率匹配有关,而且与两个模态的阻尼匹配有关。随着驱动模态和检测模态频率匹配的降低,带宽先增加然后基本保持不变。随着驱动和检测模态阻尼匹配的降低,带宽一直减小。通过实现驱动模态与检测模态的频率匹配和阻尼匹配可以获得最大机械灵敏度和最大驱动频率带宽。 展开更多

关键词 微机械陀螺 微机电系统 带宽特性 模态匹配 阻尼匹配

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一种系统级微机械振动陀螺的设计与仿真 被引量：1

3

作者 卢缘钦 刘恒 华国环 《电子测量技术》 北大核心 2022年第16期21-26,共6页

针对微机械传感器设计存在的流片成本高、耗时长等问题,在ConventorMEMS+和Matlab/Simulink环境下设计了一种静电驱动的微机械振动陀螺,对模型进行系统级的仿真测试。通过模态分析、直流分析、交流分析等方法优化模型结构,同时结合虚拟... 针对微机械传感器设计存在的流片成本高、耗时长等问题,在ConventorMEMS+和Matlab/Simulink环境下设计了一种静电驱动的微机械振动陀螺,对模型进行系统级的仿真测试。通过模态分析、直流分析、交流分析等方法优化模型结构,同时结合虚拟体硅刻蚀工艺抽取建立了微机械振动陀螺的传递函数模型,在Simulink中进行系统级仿真分析,获得了系统的暂态响应,确定其在开环条件下的谐振频率、安全工作电压、最佳驱动电压频率等关键参数,并得到谐振频率随梁的长度、宽度参数变化的关系。经测试,在工作电压和其他条件相同的情况下,微机械振动陀螺在需要检测的两个模态上谐振频率与仿真分析结果相差仅约3.8%和0.4%,说明系统级仿真结果可以为后续微机械陀螺闭环测控电路设计提供理论和实验依据。 展开更多

关键词 微机械振动陀螺 系统级仿真 工艺参数分析 开环测试

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数字滤波器在微机械陀螺系统中的应用 被引量：7

4

作者 万彦辉 裴听国 戴世荣 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2003年第9期56-57,共2页

给出了应用数字滤波技术改善微机械陀螺准确度的方法,提出了数字滤波器的设计方法,通过测试数据分析表明效果显著。

关键词 数字滤波器 微机械陀螺系统 准确度 微机械惯性器件

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基于近似模型的y轴微机械陀螺系统级优化

5

作者 吕湘连 何洋 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第3期329-332,共4页

提出一种基于近似模型的MEMS系统级优化方法,给出具体实现流程,并结合一个y轴微机械陀螺进行优化。该方法解决了如何得到近似优化目标函数表达式的关键问题。所得的y轴微机械陀螺优化参数,使得陀螺驱动模态谐振频率fx和检测模态谐振频... 提出一种基于近似模型的MEMS系统级优化方法,给出具体实现流程,并结合一个y轴微机械陀螺进行优化。该方法解决了如何得到近似优化目标函数表达式的关键问题。所得的y轴微机械陀螺优化参数,使得陀螺驱动模态谐振频率fx和检测模态谐振频率fz分别为3 074 Hz和2 998 Hz,两者之间相差7 6 Hz,较好的实现了模态匹配,且都在3 000 Hz的设计要求附近,约束条件也得到了满足。该优化方法为在MEMS设计中快速获得系统级优化方案提供较好参考。 展开更多

关键词 MEMS 系统级 近似模型 优化 微机械陀螺

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陀螺系统的受迫振动及其时滞反馈控制 被引量：11

6

作者 李欣业 张利娟 张华彪 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2012年第9期63-68,共6页

对简谐激励下陀螺系统的受迫振动及其在含时滞的位移和速度反馈控制下的动力学行为进行研究。利用拉格朗日方程,建立两自由度陀螺系统的运动微分方程。考虑主共振和1:1内共振的情况,采用平均法得到了平均方程。通过对平均方程进行化简,... 对简谐激励下陀螺系统的受迫振动及其在含时滞的位移和速度反馈控制下的动力学行为进行研究。利用拉格朗日方程,建立两自由度陀螺系统的运动微分方程。考虑主共振和1:1内共振的情况,采用平均法得到了平均方程。通过对平均方程进行化简,得到关于系统振幅的分岔方程,分别讨论各个参数对系统振幅的影响。根据奇异性理论,分析参数变化对系统分岔行为的影响。对受迫陀螺系统施加含时滞的位移和速度反馈控制,讨论反馈增益和时滞对系统振幅的影响。 展开更多

关键词 微机械振动式陀螺系统 非线性动力学 时滞反馈控制 分岔

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悬浮转子式微机械陀螺仪的研究进展 被引量：10

7

作者 崔峰 陈文元 +1 位作者 苏宇锋 吴校生 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2005年第3期243-246,253,共5页

介绍了一种不同于振动式微机械陀螺仪的新型微机电系统陀螺-悬浮转子式微机械陀螺仪,并就国内外关于磁悬浮转子微陀螺和静电悬浮转子微陀螺研究的各种结构及其工作原理、工艺和性能特点进行了概述,以展示这一新颖微陀螺的研究现状和发... 介绍了一种不同于振动式微机械陀螺仪的新型微机电系统陀螺-悬浮转子式微机械陀螺仪,并就国内外关于磁悬浮转子微陀螺和静电悬浮转子微陀螺研究的各种结构及其工作原理、工艺和性能特点进行了概述,以展示这一新颖微陀螺的研究现状和发展趋势。 展开更多

关键词 微机电系统 微机械陀螺 磁悬浮 静电悬浮 转子

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常压下工作的微机械陀螺的频率和阻尼特性 被引量：6

8

作者 刘晓为 陈宏 +2 位作者 陈伟平 陆学斌 韩天 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第05B期2268-2271,共4页

对微机械陀螺振动式陀螺的频率和阻尼特性进行了分析和模拟.以设计的一种微机械陀螺为模型,对其驱动和检测方向的阻尼力系数进行了计算,利用MATLAB模拟了阻尼对灵敏度以及频率特性的影响.得出了不仅频率匹配对微机械陀螺的性能有重要影... 对微机械陀螺振动式陀螺的频率和阻尼特性进行了分析和模拟.以设计的一种微机械陀螺为模型,对其驱动和检测方向的阻尼力系数进行了计算,利用MATLAB模拟了阻尼对灵敏度以及频率特性的影响.得出了不仅频率匹配对微机械陀螺的性能有重要影响,而且阻尼匹配也会影响陀螺的灵敏度和频率特性. 展开更多

关键词 微机械电子系统 陀螺 阻尼匹配 频率特性

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微机械陀螺的发展现状 被引量：37

9

作者 李新刚 袁建平 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2003年第3期289-301,共13页

随着对微电子机械系统(MEMS)的深入研究和取得的进展,属于MEMS研究内容之一的微机械陀螺,在汽车工业需求的推动下,已经成为过去几十年内广泛研究和发展的主题。微机械陀螺与传统机械式陀螺、固体陀螺、光学陀螺等相比,具有成本低、尺寸... 随着对微电子机械系统(MEMS)的深入研究和取得的进展,属于MEMS研究内容之一的微机械陀螺,在汽车工业需求的推动下,已经成为过去几十年内广泛研究和发展的主题。微机械陀螺与传统机械式陀螺、固体陀螺、光学陀螺等相比,具有成本低、尺寸小、重量轻、可靠性高等优点,其精度正不断得到提高,应用领域也随之不断扩大.本文首先简要介绍了微机械陀螺的定义及特征、性能指标、工作原理、分类以及加工技术,随后对己出现的不同类型微机械陀螺的结构、加工方式、工作原理以及性能进行了综述,最后对微机械陀螺的商业化现状以及发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 微机械陀螺 发展现状 微电子机械系统 MEMS 结构特点 工作原理 加工方法 哥氏加速度 汽车

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微机械陀螺的建模与仿真 被引量：3

10

作者 张霞 郑旭东 +1 位作者 王昊 金仲和 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期646-650,共5页

为了降低微机械陀螺系统的噪声和提高系统分辨率,依据电磁驱动电容检测式微机械陀螺的运动方程和接口电路的传递函数在Simulink仿真平台上建立了系统级仿真模型.模型中加入了传感器的机械热噪声、电路的电热噪声以及传感器内部的耦合效... 为了降低微机械陀螺系统的噪声和提高系统分辨率,依据电磁驱动电容检测式微机械陀螺的运动方程和接口电路的传递函数在Simulink仿真平台上建立了系统级仿真模型.模型中加入了传感器的机械热噪声、电路的电热噪声以及传感器内部的耦合效应等.模型不仅能够实现陀螺系统的功能性仿真,还能对各部分噪声源对系统性能的影响进行量化,获得不同耦合情况下的系统主要噪声源.系统噪声仿真结果表明,当陀螺器件内部耦合效应较小时,电容电压(CV)变换电路单元为主要噪声源;当陀螺器件内部耦合效应较大时,陀螺自激端输出信号的带通滤波放大电路单元为主要噪声源,并通过实验测试使仿真结果得到了验证. 展开更多

关键词 微机械陀螺 噪声 系统级仿真模型

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旋转载体用硅微机械陀螺的敏感元件 被引量：3

11

作者 王宏伟 毛旭 +1 位作者 张伟 张福学 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2006年第2期170-172,共3页

介绍了旋转载体用硅微机械陀螺的敏感原理,计算了硅振动单元振动摆角和敏感电容的关系。介绍了旋转载体用硅微机械陀螺敏感元件的结构和利用双面多次光刻、腐蚀等微机械工艺加工得到硅振动单元的工艺过程。对制作的4个敏感元件的电容进... 介绍了旋转载体用硅微机械陀螺的敏感原理,计算了硅振动单元振动摆角和敏感电容的关系。介绍了旋转载体用硅微机械陀螺敏感元件的结构和利用双面多次光刻、腐蚀等微机械工艺加工得到硅振动单元的工艺过程。对制作的4个敏感元件的电容进行静态测试,得到4个敏感元件各自电容的静态值,它们之间有所偏差。 展开更多

关键词 微机械系统 陀螺 敏感元件

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一种解耦的微机械陀螺研究 被引量：3

12

作者 王元山 王寿荣 许宜申 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2006年第4期56-58,共3页

设计了一种解耦的微机械陀螺,它能够极大地降低正交误差信号的影响,从而大大地提高陀螺的性能;制造了一批样机,进行了初步的驱动特性和敏感特性的实验研究。研制结果表明,陀螺性能符合设计要求。

关键词 微机电系统 微机械加工 陀螺 解耦

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微机械陀螺非平稳随机信号改进GM-AR模型研究 被引量：2

13

作者 孙尧 李雪莲 +1 位作者 莫宏伟 王科俊 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期281-286,共6页

为进一步提高中低精度器件微机械陀螺的测量精度,采用一种基于动窗平滑的GM(1,1)改进模型对微机械陀螺零输入条件下输出的非平稳随机漂移信号进行建模,去除了多种因素引起的确定性趋势项,并与常用的线性拟合、多项式拟合方法进行了对比... 为进一步提高中低精度器件微机械陀螺的测量精度,采用一种基于动窗平滑的GM(1,1)改进模型对微机械陀螺零输入条件下输出的非平稳随机漂移信号进行建模,去除了多种因素引起的确定性趋势项,并与常用的线性拟合、多项式拟合方法进行了对比研究.对比仿真结果表明,改进的GM(1,1)模型可以有效地去除漂移中的确定性趋势项,较以往效果有一定改善,去除了趋势项的残差序列经验证为平稳、零均值的随机过程,对该序列建立了AR模型,利用AIC信息准则检验了模型适用性,检验结果表明,AR(3)模型为适用模型.对补偿前后的漂移序列用A llan方差方法进行分析,可以有效实现对不同频段内噪声模型的辨识,对比结果表明,补偿后的漂移噪声参数有所减小,噪声信号得到有效抑制. 展开更多

关键词 微机械陀螺 非平稳信号 趋势项 灰色系统 时间序列分析 ALLAN方差

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微机械陀螺仪的微结构分析与设计 被引量：4

14

作者 贾建援 王志荣 冯小平 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第5期512-515,共4页

针对基于微米技术的微机械陀螺检测功能微弱的现象 ,本文建立了振动轮式微机械陀螺仪的机电系统动力学模型。经对某微陀螺结构的仿真计算发现 ,哥氏阻尼力随激励哥氏力增大而增大 ,造成电容检测信号极为微弱 ,无论激励的幅度和频率如何... 针对基于微米技术的微机械陀螺检测功能微弱的现象 ,本文建立了振动轮式微机械陀螺仪的机电系统动力学模型。经对某微陀螺结构的仿真计算发现 ,哥氏阻尼力随激励哥氏力增大而增大 ,造成电容检测信号极为微弱 ,无论激励的幅度和频率如何。为此 ,本文给出了一种新型振动轮式微陀螺结构 ,可减小哥氏阻尼力 ,相对增大了激励哥氏力。这种新型结构显著增强了电容检测信号 ,而且具有双轴微陀螺功能、对耦合线加速度不敏感等特点。 展开更多

关键词 微机械陀螺仪 微电子机械系统 微惯量测量组合 机电系统动力学 微结构设计

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基于遗传算法的微机械陀螺的多学科设计优化 被引量：4

15

作者 李伟剑 苑伟政 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2004年第2期170-174,共5页

基于micro electro mechanicalsystem(MEMS)技术的微机械陀螺是集传感器、致动器、检测与控制等于一体的复杂多学科交叉系统 ,其整体特性是各个子系统综合作用的结果。在充分考虑工艺、结构、电路、工作环境等多学科或因素的约束条件下 ... 基于micro electro mechanicalsystem(MEMS)技术的微机械陀螺是集传感器、致动器、检测与控制等于一体的复杂多学科交叉系统 ,其整体特性是各个子系统综合作用的结果。在充分考虑工艺、结构、电路、工作环境等多学科或因素的约束条件下 ,提出微机械陀螺的多学科概念设计模型。以陀螺的灵敏度最大为优化目标 ,利用遗传算法对设计模型进行全局优化 ,获得初步的最优设计方案 。 展开更多

关键词 微机械陀螺 多学科设计优化 遗传算法 MEMS 微机电系统 有限元

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栅结构微机械陀螺运动特性的研究 被引量：2

16

作者 熊斌 车录锋 王跃林 《机械强度》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第4期527-530,共4页

对一种新型微机械振动陀螺原型的运动特性进行了理论分析。采用差分电容信号调制解调方法测量了微机械陀螺驱动和检测模态的幅频特性。理论计算和实验结果表明 ,在大气状态下 ,该微机械陀螺驱动模态和检测模态的品质因子具有相近数值 ,... 对一种新型微机械振动陀螺原型的运动特性进行了理论分析。采用差分电容信号调制解调方法测量了微机械陀螺驱动和检测模态的幅频特性。理论计算和实验结果表明 ,在大气状态下 ,该微机械陀螺驱动模态和检测模态的品质因子具有相近数值 ,在 10 0左右。测量了驱动模态静电激励驱动下 ,微机械陀螺检测模态的幅频特性 ,实验结果表明 ,在无角速度输入的情况下 ,微机械陀螺在驱动模态和检测模态的谐振频率处发生谐振。 展开更多

关键词 微电子机械系统 角速度传感器 微机械陀螺 运动特性

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电容式微机械陀螺接口电路噪声分析 被引量：3

17

作者 蒋庆华 苑伟政 谢建兵 《电子测量技术》 2012年第5期25-28,共4页

电容式微机械陀螺接口电路的噪声抑制特性直接影响了其关键性能指标,是微机械陀螺研究的重点。基于电荷放大器为前置放大电路的微机械陀螺接口电路为研究对象,建立了包含运放输入电容、输入电阻、噪声电流、噪声电压、反馈电阻噪声、寄... 电容式微机械陀螺接口电路的噪声抑制特性直接影响了其关键性能指标,是微机械陀螺研究的重点。基于电荷放大器为前置放大电路的微机械陀螺接口电路为研究对象,建立了包含运放输入电容、输入电阻、噪声电流、噪声电压、反馈电阻噪声、寄生电容在内的电荷放大器电容分辨率的模型,提出了通过增大载波电压、选择低噪声电压和噪声电流运放、增大反馈电阻提高分辨率的方法。采用厚膜电路实现的电荷放大器进行了实验,结果表明电荷放大器的输出噪声和理论计算值处于同一数量级,电容分辨率可以到达10-19 F。 展开更多

关键词 微机电系统 接口电路 噪声分析 微机械陀螺

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微机械隧道陀螺仪的时变线性二次高斯预测控制 被引量：2

18

作者 刘益芳 王凌云 孙道恒 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期2657-2663,共7页

为了降低微机械隧道陀螺仪系统的非线性,增大器件的带宽并提高系统的信噪比,隧尖与相应隧道电极之间的隧道间距应控制在1nm附近,且其必须在闭环模式下工作。本文鉴于线性二次高斯(LQG)控制理论的抗干扰特性和鲁棒性以及哥氏加速度的时... 为了降低微机械隧道陀螺仪系统的非线性,增大器件的带宽并提高系统的信噪比,隧尖与相应隧道电极之间的隧道间距应控制在1nm附近,且其必须在闭环模式下工作。本文鉴于线性二次高斯(LQG)控制理论的抗干扰特性和鲁棒性以及哥氏加速度的时变特征,采用时变卡尔曼滤波器和LQG最优控制器串联而成的LQG预测控制策略设计了隧道陀螺仪闭环控制系统。首先,根据隧道陀螺仪的工作原理设计了总体控制方案。然后,在建立隧道式陀螺仪的扩展动态方程的基础上,设计了LQG预测控制器的两个串联环节即时变卡尔曼滤波器和状态反馈调节器。最后,通过Simulink建立了隧道式陀螺仪的LQG预测控制系统并进行数值仿真。结果表明,即使输入角速度是缓变的随机信号,LQG预测控制器也能将隧道间距维持在1nm附近。控制系统能够精确地估计欲测量的输入角速度,估计精度达到10-4 rad/s。 展开更多

关键词 微机械隧道陀螺仪 线性二次高斯(LQG)预测控制 隧道效应 闭环系统

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微机械陀螺的仿真与优化 被引量：5

19

作者 李万玉 董介春 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2004年第3期77-80,共4页

微机械陀螺依靠振动模态频率来测量旋转角速度,通常微机械结构的振动模态相当复杂。虽然已有很多文章研究了如何调节驱动模态和敏感模态以获得最大的敏感度,却很少有人分析微机械陀螺的振动模态。振动模态与陀螺结构的设计参数有极大的... 微机械陀螺依靠振动模态频率来测量旋转角速度,通常微机械结构的振动模态相当复杂。虽然已有很多文章研究了如何调节驱动模态和敏感模态以获得最大的敏感度,却很少有人分析微机械陀螺的振动模态。振动模态与陀螺结构的设计参数有极大的关系,这些参数包括陀螺检测质量的尺寸、支撑系统的类型和尺寸,以及用以制造陀螺主体的多晶硅的残余应力。研究了一个静电驱动、电容检测、敏感垂直轴角速度的陀螺(也称平面陀螺)。同时,用有限元法分析法对微机械陀螺的结构进行了分析。 展开更多

关键词 微机械陀螺 振动模态 有限元法 机械结构 微电子机械系统

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基于微机械惯性器件和磁强计的姿态航向系统 被引量：3

20

作者 黄旭 王常虹 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2005年第8期54-56,共3页

给出了一种基于微机械惯性器件和磁强计的姿态航向系统的设计方案,介绍了该系统的算法,并给出了该系统的硬件原理框图和软件流程图。与传统装置相比,该系统具有体积小、重量轻、功耗低、成本低、长寿命等优点。

关键词 捷联导航 姿态航向系统 微机械陀螺 磁强计

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