基于MEMS陀螺的旋转弹用姿态传感器的研制 被引量：3

1

作者 吴立锋 严庆文 +2 位作者 徐鸿卓 孙成祥 张福学 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2010年第5期742-745,共4页

旋转弹姿态参数的测量对于精确制导控制有重要的意义,为了检测旋转弹姿态,研制出一种可检测旋转弹姿态的传感器。利用一只重力加速度计和自行研制的MEMS陀螺作为敏感部件,利用MSC1214对两路信号处理,输出旋转弹的滚动、俯仰和偏航的角... 旋转弹姿态参数的测量对于精确制导控制有重要的意义,为了检测旋转弹姿态,研制出一种可检测旋转弹姿态的传感器。利用一只重力加速度计和自行研制的MEMS陀螺作为敏感部件,利用MSC1214对两路信号处理,输出旋转弹的滚动、俯仰和偏航的角速率。设计了传感器的硬件电路和软件的算法。实验结果表明,该传感器可同时敏感3个角速率,测量结果与实际角速率基本吻合,具有一定的实际应用价值。 展开更多

关键词 旋转弹 MEMS陀螺 俯仰 偏航 角速率

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二维微机械气体摆式加速度计与倾角传感器(英文) 被引量：2

2

作者 张福学 赵启凤 +1 位作者 岳萍 郭亨 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2010年第1期27-30,共4页

论述了气体摆的机理,分析了密闭腔中自然对流气体的浮升力及浮升力与温度变化的关系式。该文给出了二维微机械气体摆式加速度计与倾角传感器的结构原理和信号处理电路,并通过对实际制作的两维微机械气体摆式加速度计和倾角传感器样机进... 论述了气体摆的机理,分析了密闭腔中自然对流气体的浮升力及浮升力与温度变化的关系式。该文给出了二维微机械气体摆式加速度计与倾角传感器的结构原理和信号处理电路,并通过对实际制作的两维微机械气体摆式加速度计和倾角传感器样机进行测试。结果表明,在±7 g和±25°时,两维微机械加速度计和微机械倾角传感器的非线性度均小于1%FS。 展开更多

关键词 气体摆 微机械 加速度计 倾角传感器

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MEMS热敏元件工艺仿真技术的研究

3

作者 梅传志 朴林华 张保丽 《北京信息科技大学学报（自然科学版）》 2012年第4期93-96,共4页

在微射流陀螺工艺制造和设计的基础上,针对MEMS热敏元件的工艺信息,对其进行MEMS工艺仿真技术的研究。建立了MEMS热敏元件工艺结构的基本模型,基于这一模型,利用L-Edit编辑器绘制了完整版图结构;研究了工艺流程的模拟实现方法,利用基于T... 在微射流陀螺工艺制造和设计的基础上,针对MEMS热敏元件的工艺信息,对其进行MEMS工艺仿真技术的研究。建立了MEMS热敏元件工艺结构的基本模型,基于这一模型,利用L-Edit编辑器绘制了完整版图结构;研究了工艺流程的模拟实现方法,利用基于TCl/TK语言开发的工艺编辑器绘制编辑出工艺流程文件;在三维平台上将版图根据工艺流程重构,可用于检测工艺方案的合理性。 展开更多

关键词 MEMS工艺 热敏元件 版图文件 工艺文件

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高精度动态水平姿态传感器系统设计(英文) 被引量：3

4

作者 谈林霞 张福学 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2011年第6期910-914,共5页

水平姿态检测在控制、测量领域发挥着重要作用。实现高精度实时动态检测载体水平姿态既是科技市场的实际需求更是科研工作的挑战,因此设计了高精度动态水平姿态传感器。它主要由微机械倾角传感器、微机械陀螺及其信号处理电路组成,以陀... 水平姿态检测在控制、测量领域发挥着重要作用。实现高精度实时动态检测载体水平姿态既是科技市场的实际需求更是科研工作的挑战,因此设计了高精度动态水平姿态传感器。它主要由微机械倾角传感器、微机械陀螺及其信号处理电路组成,以陀螺来补偿载体行进中带来的各种线加速度干扰,实现移动载体的水平姿态高精度检测。以高精度与实时动态检测为核心,介绍了该系统的总体方案设计,电源转换、敏感信号预处理与模数转换、信号处理及输出的硬件设计和软件处理基本方法,并在设计完成后组装调试。系统测试表明该水平姿态检测系统设计取得预期效果,满足高精度实时动态检测载体水平姿态的设计需求。 展开更多

关键词 微机械 倾角传感器 陀螺 水平姿态 动态检测

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基于气体热对流的微机械倾角传感器综述 被引量：3

5

作者 陈辰 韩秋实 张福学 《北京信息科技大学学报（自然科学版）》 2009年第4期35-38,共4页

针对MEMS技术和气体热对流倾角传感器技术的结合,介绍了基于气体热对流的微机械倾角传感器的国内外研究现状和发展趋势;着重分析该种传感器的原理和性能特点,特别是融合了MEMS技术和气体热对流敏感机理的优点:使传感器具有体积小、重量... 针对MEMS技术和气体热对流倾角传感器技术的结合,介绍了基于气体热对流的微机械倾角传感器的国内外研究现状和发展趋势;着重分析该种传感器的原理和性能特点,特别是融合了MEMS技术和气体热对流敏感机理的优点:使传感器具有体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高、可批量生产、优良的抗振动和抗冲击能力等特性。对基于气体热对流的微机械倾角传感器的进一步研究将有益于提高倾角传感器的性能和扩大其使用范围。 展开更多

关键词 热对流 气体摆 倾角传感器 微电子机械系统 加速度计

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移动Zigbee节点无线传感器网络性能OPNET仿真 被引量：3

6

作者 郭冬冬 邹小平 《北京信息科技大学学报（自然科学版）》 2017年第6期20-23,共4页

为了研究移动节点存在下的Zigbee无线传感器网络性能,建立基于OPNET模拟器的Zigbee仿真模型,对移动节点存在下ZigBee网络MAC负载、数据丢包率、树状网络跳数、网络层泛关系和应用层流量的仿真进行研究。仿真结果表明,网络中节点的移动... 为了研究移动节点存在下的Zigbee无线传感器网络性能,建立基于OPNET模拟器的Zigbee仿真模型,对移动节点存在下ZigBee网络MAC负载、数据丢包率、树状网络跳数、网络层泛关系和应用层流量的仿真进行研究。仿真结果表明,网络中节点的移动会引起网络结构的变化,Zigbee网络的自组织能力、数据丢包时空域和有效应用层流量对整个网络性能产生了明显的影响。 展开更多

关键词 无线传感器网络 OPNET 移动zigbee节点 建模 仿真

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基于流固耦合的开放式射流陀螺敏感机理研究

7

作者 董浩亮 朴林华 《北京信息科技大学学报（自然科学版）》 2016年第3期46-49,共4页

针对开放式射流陀螺的敏感机理进行流固耦合分析。采用基于ANSYS和CFX的载荷传递的流固耦合技术,计算了开放式射流陀螺敏感元件内热电阻丝处气流速度在不同输入角速度下的分布。计算结果表明,静止状态时,2个对称热电阻丝处的气流速度相... 针对开放式射流陀螺的敏感机理进行流固耦合分析。采用基于ANSYS和CFX的载荷传递的流固耦合技术,计算了开放式射流陀螺敏感元件内热电阻丝处气流速度在不同输入角速度下的分布。计算结果表明,静止状态时,2个对称热电阻丝处的气流速度相等;在0°/s至60°/s的角速度范围内,气流速度的偏移量与角速度的大小成正比,比例系数为5e-5,而且随着角速度的增大,2个对称热电阻丝处气流速度差也增大。流固耦合分析为开放式射流陀螺优化设计开辟了有效的研究途径。 展开更多

关键词 流固耦合 开放式射流陀螺 敏感机理 敏感元件

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无驱动微机械陀螺敏感元件模态分析 被引量：3

8

作者 张增平 张福学 +2 位作者 张伟 刘宇 张宁 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第5期655-659,共5页

鉴于常规微机械陀螺的驱动结构和检测结构往往需要进行频率匹配,造成带宽较窄,工艺复杂的问题,设计了一种新的微机械陀螺,安装于旋转飞行器上,利用飞行器的旋转获得角动量,敏感飞行器的偏航和俯仰横向角速度。由于没有驱动结构,所以结... 鉴于常规微机械陀螺的驱动结构和检测结构往往需要进行频率匹配,造成带宽较窄,工艺复杂的问题,设计了一种新的微机械陀螺,安装于旋转飞行器上,利用飞行器的旋转获得角动量,敏感飞行器的偏航和俯仰横向角速度。由于没有驱动结构,所以结构简单,带宽较宽。首先基于这种巧妙的结构建立了敏感元件的振动方程。根据振动方程,扭转梁是影响质量振动模态和模态频率的关键,同时考虑到应力、残余应力的释放以及工作能力,扭转梁设计成横截面积为矩形的弧形梁,并对其抗扭刚度进行了解析推导和计算,从而确定了敏感元件的固有频率。接着利用有限元分析的方法,对其振动模态进行了仿真,仿真结果表明,敏感元件的第一模态是扭转振动,固有频率相对于解析结果的误差为9.86%。为了进一步验证,设计了静电驱动电容检测的方法,实验测试得到的谐振频率和解析值的相对误差为5.21%。仿真和实验结果与理论计算一致,表明扭转梁的设计是合理的,模态分析是正确的,而且为动态性能评估和结构优化提供了理论依据。 展开更多

关键词 敏感元件 扭转梁 扭转刚度 固有频率

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旋转载体驱动的硅微机械陀螺误差研究

9

作者 文江川 王领 +1 位作者 王家光 张福学 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2009年第2期172-174,177,共4页

根据陀螺敏感元件的动力学方程,论证了导致陀螺误差的4个不稳定参数。其中,载体旋转角速度和气体阻尼系数不稳定是主要影响参数。实验结果表明,在低气体阻尼系数情况下,陀螺由于载体旋转角速度不稳定导致输出信号的相对误差高于30%。根... 根据陀螺敏感元件的动力学方程,论证了导致陀螺误差的4个不稳定参数。其中,载体旋转角速度和气体阻尼系数不稳定是主要影响参数。实验结果表明,在低气体阻尼系数情况下,陀螺由于载体旋转角速度不稳定导致输出信号的相对误差高于30%。根据动力学方程建立的二元回归数学模型,得到的相对误差与实验结果相吻合,即理论论证和实验验证相一致。 展开更多

关键词 微机械陀螺 旋转载体 误差分析 回归分析

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用于旋转弹体态测量的硅微机械陀螺理论和实验研究(英文)

10

作者 严庆文 张福学 吴立锋 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2010年第2期210-214,218,共6页

报道了无驱动结构的硅微机械陀螺,该陀螺用于测量旋转弹圆锥运动时的姿态角和姿态角速率。陀螺的结构决定了其可同时敏感旋转弹在滚动、偏航和俯仰3个方向上的角速度。分析了陀螺的敏感机理并提出了陀螺信号的解算方法。通过模拟圆锥运... 报道了无驱动结构的硅微机械陀螺,该陀螺用于测量旋转弹圆锥运动时的姿态角和姿态角速率。陀螺的结构决定了其可同时敏感旋转弹在滚动、偏航和俯仰3个方向上的角速度。分析了陀螺的敏感机理并提出了陀螺信号的解算方法。通过模拟圆锥运动的实验,证明了陀螺敏感机理和解调方法的正确性。最后给出了主要性能指标。 展开更多

关键词 硅微机械陀螺 圆锥运动 旋转弹

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FP干涉仪式光纤传声器数学模型 被引量：2

11

作者 程进 冯杰 +1 位作者 赵龙江 邹小平 《电声技术》 2013年第12期31-34,共4页

根据FP干涉仪式光纤传感器原理结构,通过分析敏感机理,采用声力电类比方法,得到FP干涉式光纤传声器等效线路图,并进一步综合光学、声学、电学、力学原理,得到了FP干涉式光纤传声器数学模型,并利用模型讨论了给定几何尺寸、材料参数下光... 根据FP干涉仪式光纤传感器原理结构,通过分析敏感机理,采用声力电类比方法,得到FP干涉式光纤传声器等效线路图,并进一步综合光学、声学、电学、力学原理,得到了FP干涉式光纤传声器数学模型,并利用模型讨论了给定几何尺寸、材料参数下光纤传声器的灵敏度。通过模型预测光纤传声器的灵敏度可达280 mV/Pa,制作的样机的灵敏度为240 mV/Pa,模型预测的灵敏度与样机的灵敏度基本一致。该模型可以用来指导FP干涉式光纤传声器的研发,对其他类型的光纤传声器也有很好的借鉴作用。 展开更多

关键词 光纤传声器 数学模型 FP干涉仪 灵敏度

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气流式微机械倾角敏感元件的建模及流场分析 被引量：1

12

作者 林建华 朴林华 张福学 《北京信息科技大学学报（自然科学版）》 2013年第6期59-62,共4页

针对三维模型下气流式微机械倾角敏感元件内部流场分布和铂丝热敏电阻的辐射情况,利用FLUENT-CFD软件,通过建立模型、划分网格、求解等途径,采用Boussinesq假设对微机械倾角敏感元件内部流场进行了计算。计算结果表明:微机械敏感元件水... 针对三维模型下气流式微机械倾角敏感元件内部流场分布和铂丝热敏电阻的辐射情况,利用FLUENT-CFD软件,通过建立模型、划分网格、求解等途径,采用Boussinesq假设对微机械倾角敏感元件内部流场进行了计算。计算结果表明:微机械敏感元件水平状态时,距离2铂丝热敏电阻上对称等距离的2节点气流速度都等于1.85×10-3m/s;在倾斜状态下2节点的气流速度差会随着倾斜角度的增加而变大。选择离散坐标下DO辐射模型,定量计算出铂丝热敏电阻对空气的辐射量为1 682 W/m2。 展开更多

关键词 微机电系统 三维建模 Boussinesq假设

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SAW谐振器传播属性的有限元仿真

13

作者 黄小林 曹培 朱嘉林 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2012年第4期501-504,共4页

首先从理论上阐述了声表面波(SAW)谐振器传播属性的有限元分析(FEA)法;然后利用ANSYS软件,对ST切石英晶片的SAW谐振器进行模态分析和谐响应分析;最后处理仿真结果并得到结论:通过合成表面节点横向和纵向的模态位移得出SAW中质点的运动... 首先从理论上阐述了声表面波(SAW)谐振器传播属性的有限元分析(FEA)法;然后利用ANSYS软件,对ST切石英晶片的SAW谐振器进行模态分析和谐响应分析;最后处理仿真结果并得到结论:通过合成表面节点横向和纵向的模态位移得出SAW中质点的运动轨迹是椭圆,通过模态频率和对应的波长算出SAW在ST切石英晶片中的传播速度,通过分析纵向节点模态位移得出SAW的能量集中在距表面2个波长深度的范围内,通过幅频特性图得出谐振器在SAW频率处具有最大的频率响应。这些结论与理论基本一致,为设计SAW器件和研究SAW传感器提供了仿真依据。 展开更多

关键词 声表面波(SAW)谐振器 传播属性 有限元 ST切石英

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无驱动结构硅微机械陀螺芯片的离子刻蚀技术

14

作者 乔瑾 张伟 +2 位作者 岳萍 朴林华 张福学 《北京信息科技大学学报（自然科学版）》 2015年第3期26-29,共4页

利用等离子体刻蚀理论和实验相结合的方法,实现了离子刻蚀无驱动结构硅微机械陀螺芯片技术。实验表明:离子刻蚀55μm硅的均匀性U=0.63%,选择比P=90∶1,刻蚀速率V=7.25μm/min,侧壁垂直度为90°±1°。应用该技术刻蚀出的芯... 利用等离子体刻蚀理论和实验相结合的方法,实现了离子刻蚀无驱动结构硅微机械陀螺芯片技术。实验表明:离子刻蚀55μm硅的均匀性U=0.63%,选择比P=90∶1,刻蚀速率V=7.25μm/min,侧壁垂直度为90°±1°。应用该技术刻蚀出的芯片表面平整、光滑,解决了湿法刻蚀难以解决的横向腐蚀问题,并提高了刻蚀速率。 展开更多

关键词 横向腐蚀 微机械陀螺 刻蚀速率 离子刻蚀

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有限元法分析1-3型压电复合材料换能器 被引量：6

15

作者 李莉 王丽坤 秦雷 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2015年第3期441-445,共5页

1-3型压电复合材料圆柱型换能器由薄片状1-3型压电复合材料沿金属薄壁圆管周期排列粘贴而成。根据换能器实际结构和1-3型压电复合材料等效参数模型,利用有限元法在ANSYS中分别建立了两种仿真模型。为验证等效参数模型的可靠性,实验通过... 1-3型压电复合材料圆柱型换能器由薄片状1-3型压电复合材料沿金属薄壁圆管周期排列粘贴而成。根据换能器实际结构和1-3型压电复合材料等效参数模型,利用有限元法在ANSYS中分别建立了两种仿真模型。为验证等效参数模型的可靠性,实验通过改变模型结构尺寸,使换能器内半径从20mm变化到50mm,每5mm作为一个数据点进行建模。仿真计算相同结构尺寸下两种模型的径向振动频率,比较显示两种模型仿真结果接近,平均相对误差仅2.3%。因此,可利用模型II代替模型I对1-3型压电复合材料圆柱型换能器进行仿真分析,从而简化建模和计算。在此基础上,利用模型II分别模拟了该种换能器在空气和水中径向振动频率附近的导纳、发射电压响应和接收电压灵敏度等性能。 展开更多

关键词 水声换能器 1-3型压电复合材料 圆柱形换能器 建模 有限元仿真

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无驱动硅微机械陀螺 被引量：6

16

作者 张福学 张伟 严庆文 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2008年第6期660-663,共4页

报道了无驱动结构硅微机械陀螺,推导了输出电压方程。从方程表达式可看出,该陀螺输出信号包含旋转载体的偏航和俯仰角速度及自旋角速度的信息。通过实验说明如何在输出信号中提取相关信息,即输出信号的频率表示载体自旋角速度的平均值,... 报道了无驱动结构硅微机械陀螺,推导了输出电压方程。从方程表达式可看出,该陀螺输出信号包含旋转载体的偏航和俯仰角速度及自旋角速度的信息。通过实验说明如何在输出信号中提取相关信息,即输出信号的频率表示载体自旋角速度的平均值,输出信号的包络表示载体偏航和俯仰角速度大小的瞬时值,输出信号的极性由输出波形的相位超前和滞后确定。最后给出该陀螺目前所达到的主要性能指标。 展开更多

关键词 陀螺 微机械 角速度

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Cymbal单元的薄型低频宽带水声发射换能器设计 被引量：4

17

作者 唐俊 秦雷 王同庆 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期281-285,共5页

为了研究安装方便、便于携带的薄型低频发射换能器,使用有限元法对Cymbal换能器单元的设计结构进行了仿真分析,并将换能器单元的谐振频率与实际测量值进行了比较.将Cymbal换能器单元进行阵列,设计了一种新型的低于10 kHz薄板型水声发射... 为了研究安装方便、便于携带的薄型低频发射换能器,使用有限元法对Cymbal换能器单元的设计结构进行了仿真分析,并将换能器单元的谐振频率与实际测量值进行了比较.将Cymbal换能器单元进行阵列,设计了一种新型的低于10 kHz薄板型水声发射换能器,对一个厚度为25 mm、辐射面积78.5 cm2的薄板发射换能器实验模型进行了测量与标定.研究结果表明,通过阵列Cymbal换能器单元构建的发射换能器是一种工作在10 kHz以下的薄型低频宽带水声换能器,其发射声源级比尺寸类似的1-3型压电复合材料换能器高20 dB. 展开更多

关键词 CYMBAL换能器 谐振特性 压电复合材料

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一种适用于旋转弹单通道控制的硅微机械陀螺仪 被引量：2

18

作者 严庆文 张福学 +1 位作者 吴立锋 刘宇 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第5期599-603,共5页

单通道控制是一种简单实用的旋转弹控制方式。通过控制旋转弹的舵面偏转方向,可减小弹体受横向角速率的影响,提高旋转弹的命中率。针对单通道控制方式,提出了一种可用于提供控制信号的硅微机械陀螺仪。陀螺仪无驱动部分,体积小,结构简... 单通道控制是一种简单实用的旋转弹控制方式。通过控制旋转弹的舵面偏转方向,可减小弹体受横向角速率的影响,提高旋转弹的命中率。针对单通道控制方式,提出了一种可用于提供控制信号的硅微机械陀螺仪。陀螺仪无驱动部分,体积小,结构简单。其输出的正弦调幅信号的频率与旋转弹自旋频率相等,幅值与输入横向角速率呈线性关系。通过对陀螺仪输出信号进行线性化处理,可得到用于控制旋转弹舵面换相的等幅不等宽脉冲调宽信号。通过舵面在弹体自旋一周内的四次换相,可同时完成对导弹俯仰和偏航两个方向的控制。 展开更多

关键词 微机械 陀螺仪 旋转弹 单通道控制

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无驱动结构硅微机械陀螺冲击响应信号分析 被引量：1

19

作者 严庆文 张福学 +2 位作者 刘宇 赵辉 张振平 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第5期611-616,共6页

介绍了一种用于旋转飞行器单通道控制的无驱动结构硅微机械陀螺。陀螺利用旋转飞行器的滚转作为驱动,敏感任意方向的横向角速度。在陀螺冲击试验中,陀螺冲击响应信号的幅度和宽度较大。在实际应用中,幅度超过1.5 V、宽度超过100 ms的冲... 介绍了一种用于旋转飞行器单通道控制的无驱动结构硅微机械陀螺。陀螺利用旋转飞行器的滚转作为驱动,敏感任意方向的横向角速度。在陀螺冲击试验中,陀螺冲击响应信号的幅度和宽度较大。在实际应用中,幅度超过1.5 V、宽度超过100 ms的冲击响应信号有能力阻塞旋转飞行器控制信号通道,影响旋转飞行器正常飞行。对陀螺冲击响应信号产生的原因进行了分析,分析表明,由于陀螺摆片偏心,陀螺在受到厚度方向的冲击时摆片绕扭转梁发生了偏摆。提出了通过增加陀螺扭转梁厚度的方法,减小陀螺在单位冲击加速度下的摆角幅度。通过实验证明,如果陀螺扭转梁增厚从48μm增加到75μm,陀螺冲击响应信号的幅度和宽度将减小约18倍。 展开更多

关键词 微机械陀螺 冲击响应信号 旋转飞行器 单通道控制

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提高载体驱动硅微陀螺灵敏度的方法 被引量：1

20

作者 张增平 张福学 +1 位作者 乔晓华 张岚 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第6期786-792,共7页

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... 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。 展开更多

关键词 陀螺灵敏度 占空比 电容式检测结构 MEMS陀螺

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