导读:本文包含了静电陀螺仪论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:微机电系统,MEMS陀螺仪,静电调修,多环结构
静电陀螺仪论文文献综述
张林欣[1]（2019）在《静电驱动微机械陀螺仪的研究》一文中研究指出微机械陀螺仪是一种重要的惯性仪器,主要用来测量物体的旋转角速度或角加速度。它在消费电子、汽车、国防制导、航空航天等领域具有广泛应用。我国在这个领域的研究滞后于西方发达国家,特别是高性能的微机械陀螺仪核心器件的研究还处于起步阶段。本文提出一种全对称的多环振动结构静电驱动微机械陀螺仪,从理论基础、工作原理、结构设计、性能仿真、加工工艺、器件测试等几个方面进行了研究,主要包括以下内容:(1)静电驱动微机械陀螺仪的理论研究。详细分析了微机械陀螺仪理论基础科里奥利效应,建立质量弹簧阻尼模型;利用机械动力学分析器件性能并得到机械灵敏度表达式;基于微机械陀螺仪静电驱动、电容检测的原理,分析了提高微机械陀螺仪性能的方法并着重就静电调修进行分析。(2)静电驱动微机械陀螺仪的基本结构设计与仿真。通过比较选型,确立多环结构为本陀螺仪的基本设计类型;利用计算机软件对器件进行模态分析,得到驱动模态的谐振频率为21052 Hz,敏感模态的谐振频率为21545 Hz;分析了阻尼对器件性能的影响,利用谐响应分析计算了不同固定阻尼比与器件振幅的关系;分析了外界冲击对器件性能的影响,利用瞬态动力学分析得到器件X轴可以承受最大加速度为8.842×105 g,Z轴可以承受最大加速度为1.9×106 g。(3)静电驱动微机械陀螺仪的MEMS工艺设计与流片实验。设计了基于SOI硅片的工艺并进行流片;优化了湿法刻蚀释放结构的工艺;分析了器件衬底漏电的机理,并利用计算机软件进行仿真计算;设计了基于硅玻璃键合的工艺并进行流片;优化了玻璃凹槽湿法刻蚀工艺设计与圆片键合工艺。(4)静电驱动微机械谐振器件的测试。分析了主要的几种MEMS谐振器件的测试方法;基于矢量网络分析仪、真空腔、跨阻放大器等设备,对器件进行扫频测试,得到驱动轴的谐振频率为23686.25 Hz,敏感轴的谐振频率为23980 Hz;基于静电调修原理,对器件施加2.5 V静电调修电压,两个模态的频率裂解从293.75 Hz下降到6.25 Hz,提高了器件的性能。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2019-05-20）
杨成[2]（2017）在《硅微机械陀螺仪数字化静电补偿与调谐技术研究和实验》一文中研究指出随着MEMS技术的高速发展,硅微机械陀螺仪越来越受到人们的关注。硅微机械陀螺仪是一种测量角速度的微型传感器,具有体积小、重量轻、低功耗、低成本以及易于实现大批量生产等突出优点,其已被广泛应用于军民领域。但由于受加工工艺的限制,目前硅微机械陀螺仪的精度还比较低,制约其精度的一个重要因素是实际加工与理论设计之间存在各种误差,如弹性梁尺寸偏差、非对称性误差、残余应力、正交耦合误差等,这些都影响着硅微陀螺整体性能的提高。在现有加工工艺水平下,采用闭环检测、正交刚度校正、频率调谐等静电技术,结合灵活的数字补偿方法,能有效提高硅微机械陀螺仪的性能。本文以提高硅微机械陀螺仪性能为目的,针对课题组自主研制的具有检测反馈、正交校正以及频率调谐功能的双质量线振动全解耦硅微机械陀螺仪结构开展数字补偿与调谐技术的研究。主要研究工作及创新点如下:1、硅微机械陀螺仪驱动模态数字域闭环系统设计与实现基于数字控制系统设计方法,通过频率修正的双线性变换推导出了陀螺驱动模态的离散模型,构建了锁相环相位控制和自动增益幅度控制的数字化控制模型,给出了相位控制和幅度控制的稳定性条件。仿真和实验结果表明,陀螺数字闭环驱动系统稳定速度快、稳态精度高、环境适应性强。2、硅微机械陀螺仪检测模态闭环控制技术研究针对模态匹配状态下陀螺检测模型近似为一阶惯性环节的特点,提出采用PI控制和相位超前环节相结合的数字串联校正器,实现模态匹配状态下的闭环控制,建立了与实际数字检测电路完全对应的数模混合仿真系统,验证了设计的有效性。对陀螺数字测控系统分别进行了开环检测和闭环检测模式下的性能测试,相比于开环检测工作方式,闭环检测下陀螺标度因数的性能得到明显提升,工作带宽由6Hz拓展到93Hz。3、硅微机械陀螺仪正交校正技术研究针对硅微机械陀螺仪正交校正的结构方案,提出了正交力校正和正交刚度校正两种数字校正实现方法,设计了相应的闭环控制系统,分别进行了频域和时域仿真,验证了两种校正方法的可行性。在陀螺数字控制系统中实现了两种校正方式并进行了实验对比,结果表明,正交校正明显提升了陀螺性能,正交刚度校正的效果优于正交力校正。4、硅微机械陀螺仪模态频率自匹配技术研究基于数字测控系统的灵活性,结合陀螺模态调节结构的特点,提出了基于正交耦合信号相频特性的频率自匹配、基于低频调制激励的频率自匹配以及基于BP神经网络的频率自匹配叁种模态频率匹配方法;分别进行了理论分析、仿真验证以及实验测试。结果表明,叁种方法均能实现温度范围-40℃到60℃的模态频率自匹配,模态频差变化分别小于 1Hz、0.5Hz 和 0.016Hz。5、硅微机械陀螺仪数字解调算法分析与优化针对硅微机械陀螺仪信号处理对解调万法与算法的要求,设计和买现了乘法解调、最小均方解调、傅里叶解调、全相位FFT解调以及同步积分解调五种数字解调算法,在进行适当算法优化的基础上,从仿真和在FPGA电路实时运行两方面,比较了它们的启动速度、抗噪声能力、硬件资源使用率及实时解调精度,最终以同步积分解调作为硅微机械陀螺仪数字测控系统的解调算法,为提升陀螺信号处理效率与精度提供了保证。6、数字化静电补偿与调谐技术测试试验参照国产微机械陀螺测试细则,分别对硅微机械陀螺仪在“开环检测、正交闭环、模态不匹配”(模式1),“开环检测、正交闭环、模态匹配”(模式2)和“闭环检测、正交闭环、模态匹配”(模式3)叁种工作模式下进行了测试试验与性能对比;结果显示工作在模式3下的硅微机械陀螺仪综合性能指标最优:相比于模式1,零偏稳定性由15.13°/h提升到1.3°/h,角度随机游走由2.63°/h/√VHz提升到1.32°/h√Hz;相比于模式2,工作范围由±100°/s增大到±400°/s,标度因数非线性度由649ppm减小到21ppm,带宽由5Hz扩展到90Hz。试验结果表明,检测闭环有效提升了标度因数特性,拓展了工作范围和带宽;模态匹配有效提升了机械灵敏度,从而提高了稳定性,降低了噪声。本文的工作为提升硅微机械陀螺仪的性能提供了一条有效技术途径,对后续新型高性能微机械陀螺仪的研究也具有一定的参考价值。(本文来源于《东南大学》期刊2017-06-03）
石楠[3]（2014）在《静电陀螺仪空心铍转子动态特性分析》一文中研究指出静电陀螺仪的导航精度高,抗干扰能力强,在航天、航海等领域得到了广泛的应用。作为静电陀螺仪的核心部件,空心铍转子悬浮在真空球腔内,可以自由运动。为保障转子的加工精度,常采用四轴球体研磨机加工,这是加工高精度球体的最佳方法之一。受加工设备精度和操作人员技术水平的限制,空心铍转子存在偏心距和球度误差。偏心距可以分解为轴向偏心距和径向偏心距,轴向偏心距引起转子的漂移,径向偏心距引起转子的振动和转速的衰减。球度误差会引起转子的漂移和转速的衰减。因此,偏心距和球度误差的值应控制在允许的范围内。为了便于分析,采用谐波系数表征球形转子的球度误差。分别建立转子在气浮支承条件下和静电支承条件下的运动平衡方程,并采用Matlab软件求解,绘制转子运动随时间变化的曲线,分析初始位置、偏心距和谐波系数对转子运动特性的影响。分析表明,在气浮支承条件下,转子作衰减运动,转子在粗加工和半精加工阶段,偏心距较大,初始条件对平衡周期影响较小;当偏心距e≤0.082μm时,初始条件对平衡周期影响越来越大,平衡周期呈现不规则变化。在静电支承条件下,偏心距越大,转子衰减越快。但随着加工精度的提高,偏心距越来越小,当偏心距e≤0.051μm时,对转子衰减运动的影响可以忽略不计。随着谐波系数的增大,转子的静电干扰力矩变大,衰减的速度加快。(本文来源于《华北理工大学》期刊2014-12-02）
王凌霄[4]（2013）在《静电陀螺仪长球形空心铍转子研磨技术》一文中研究指出空心球形铍转子是静电陀螺仪的核心部件，转子品质直接影响着陀螺仪工作精度。转子最重要的品质是在静止和高速旋转时都要保持良好的圆球形。研磨是转子加工的有效方法，四轴球体研磨机是获得精密球体的有效加工手段。首先在介绍四轴球体研磨机的机构和成球条件基础上，对其进行运动学分析。运用坐标转换法对研具的运动轨迹进行分析研究，并用Matlab仿真了6种情况下的轨迹状况以及最终的轨迹迭加，实验结果表明研磨轨迹能均匀的布满整个球坯。说明四轴球体研磨机能够很好的达到切削等概率这一重要成球条件。然后提出了通过求解球面上任意一圆环与轨迹交点，把相邻两点间的距离作为轨迹均匀性的评价标准。研究结果表明随着研磨的进行轨迹均匀度呈现变好的趋势。其次利用Preston方程建立研具旋转一周情况下球面上各点的去除量模型，应用Matlab软件对四个研具在24种不同工况下各点的材料去除量进行仿真分析。采用去除量的标准差作为去除量均匀性评价标准，通过模型分析四个研具去除量的均匀性以及四个研具共同作用下去除量的均匀性。结果表明四个研具共同作用下的去除量标准差是单研具研磨标准差的36%。由于转子叁维实体模型的几何形状和受力关于轴对称，可将问题转变为轴对称问题。即通过研究一截面变形得到转子变形情况。由有限元分析得出的变形结果可知，转子在工作状态时，随着转速的不断增大，由于离心作用产生的形态变形随之越来越大，尤其是在赤道处和两极处的变化量最大。通过研究转子内腔径向变形曲线，设计出赤道和极轴处较厚并且向中间均匀过渡的新型腔形。通过有限元分析可知新的腔形在工作状态下能够产生较均匀的变形。基于弹性力学的薄壳理论研究长球形转子解析方程。根据变形计算方程推导出长球表面上任意一点的曲率半径和转速的关系。解析方程即为长球形转子表面形态。解析法设计的长球形空心转子，在理论上可保证转子工作时，转子表面在离心力的作用下变为理想的圆球形表面。(本文来源于《河北联合大学》期刊2013-12-04）
姜永刚,吴旭贤,孙昊,周海渊[5]（2012）在《航天测量船静电陀螺仪李沙育图形测频动态修正》一文中研究指出文章通过分析航天测量船静电陀螺仪转速变化原因,依据李沙育原理推导出陀螺仪转速变化时李沙育图形频率测量的修正公式并工程应用。实验结果表明:该方法具有较高的可信度,能够解决陀螺仪转速变化时频率测量准确度低的技术难题,极大提高测量精度,具有一定的工程应用价值。(本文来源于《价值工程》期刊2012年19期）
高钟玮[6]（2011）在《浅谈静电陀螺仪》一文中研究指出本刊早期已陆续刊登过多篇有关惯性技术方面的许多文章,其中包括介绍早期惯性系统核心器件之一陀螺仪的基本原理和结构,本文就不再赘述了。本文将就作为当今精度最高的静电陀螺仪的一般情况,作初步介绍。多年来,西方大国一直将静电陀螺仪作为禁止向我国出口的器件之一,对所涉及的有关关键零部件的制造技术等,至今仍然对我国进行封锁。其实近年来,通过我国科技(本文来源于《海陆空天惯性世界》期刊2011年11期）
孟士超,徐茂俊,罗巍,宋健力,贾福利[7]（2011）在《静电陀螺仪随动系统误差的补偿》一文中研究指出由静电陀螺仪构成的高精度惯性系统中,作用在转子上的干扰力矩和陀螺仪框架随动系统误差是使陀螺仪产生漂移的主要原因。用壳体旋转的方式可以自动补偿那些与壳体有关的作用在转子上的干扰力矩,而不能消除陀螺框架随动系统误差对转子的影响。为此,提出一种自动补偿框架随动系统误差的方法:将光电传感器相对壳体旋转轴调偏一定角度,把壳体旋转轴绕转子轴的锥运动添加到其旋转中。该方法不需要任何附加的机械设备,试验证明了该方法可行、有效。(本文来源于《中国惯性技术学报》期刊2011年04期）
王瑞荣[8]（2011）在《静电驱动硅基介观压阻式微陀螺仪设计与相关陀螺测试》一文中研究指出微机械陀螺仪由于其体积小、功耗低以及可靠性高等优点,而在惯性测量领域有着广泛的应用前景。共振隧穿器件是基于分子束外延(MBE)技术的新型介观压阻器件,其灵敏度比硅压阻灵敏度高约一个数量级,且受温度的影响较小。将其应用于微机械陀螺的研究本质上可提高陀螺的灵敏度。针对该隧穿器件的应用设计了一种结构新颖的陀螺,结合硅基异质外延砷化镓单晶薄膜技术,不但实现了高灵敏度隧穿器件在陀螺上的集成,而且可应用成熟硅微加工技术实现高深宽比陀螺结构的加工。论文在对微机械陀螺工作原理进行介绍的基础上,对微机械陀螺的动力学方程进行了分析。同时对静电驱动原理、介观压阻检测原理的相关理论进行了分析研究。提出了一种采用基于硅基—砷化镓材料的陀螺结构,其中陀螺结构采用硅材料加工,敏感元件采用砷化镓材料加工。通过大量的理论分析与仿真研究,确定了结构具体的尺寸参数。并对陀螺的固有频率、结构阻尼等进行了研究,验证了陀螺结构设计的合理性;通过路径分析确定了敏感元件的放置位置,以获得较高的灵敏度。通过对陀螺加工过程中关键工艺的详细说明以及与加工单位的协调研究,设计并确定了陀螺加工的具体工艺流程与加工版图,其中敏感元件的加工采用表面微加工技术,陀螺结构的加工采用体微加工技术。利用课题组所研究的成果,对一种电磁式介观压阻陀螺进行了性能测试,验证了陀螺敏感元件RTD具有负阻效应,另外也得到陀螺的驱动频率大于等于4KHz。利用叁轴转台进行测试,在-1000—0°/s与0—1000°/s的角速度范围内陀螺的灵敏度分别为9.96μV/°/s和9.45μV/°/s。(本文来源于《中北大学》期刊2011-06-30）
王嫘,韩丰田,董景新,刘云峰[9]（2011）在《微静电陀螺仪的结构设计与工艺实现》一文中研究指出为了探索微机械陀螺突破精度极限的新途径,设计了一种基于环形转子、体硅加工工艺、转子5自由度悬浮的硅微静电陀螺仪.采用玻璃-硅-玻璃键合的叁明治式微陀螺结构,提出了包括双边光刻、反应离子刻蚀(RIE)、电感耦合等离子体(ICP)刻蚀、玻-硅静电键合、硅片减薄、多层金属溅射等关键工艺的加工路线.在工艺设计中采用铝牺牲层对转子进行约束,在第2次玻-硅键合后再通过湿法去除牺牲层,以得到可自由活动的转子.基于提出的体硅工艺路线,成功加工出了微陀螺敏感结构,并完成了转子5自由度悬浮和加转实验,测试结果表明大气环境下转子转速可达73.3 r/min.(本文来源于《纳米技术与精密工程》期刊2011年03期）
刘瑞歌,宋锋,刘瑞英,孙新民[10]（2011）在《静电陀螺仪空心球转子变形分析及优化设计》一文中研究指出用解析法描述了转子的非球形。介绍了静电陀螺仪空心球转子的结构,并利用有限元分析软件根据工作环境的不同对转子进行了静态变形、动态变形和综合变形的仿真分析,得出了球转子的变形规律及变形量。对转子的结构参数进行了优化,得出了球形转子加工所需的压力值。(本文来源于《机械科学与技术》期刊2011年02期）
静电陀螺仪论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
随着MEMS技术的高速发展,硅微机械陀螺仪越来越受到人们的关注。硅微机械陀螺仪是一种测量角速度的微型传感器,具有体积小、重量轻、低功耗、低成本以及易于实现大批量生产等突出优点,其已被广泛应用于军民领域。但由于受加工工艺的限制,目前硅微机械陀螺仪的精度还比较低,制约其精度的一个重要因素是实际加工与理论设计之间存在各种误差,如弹性梁尺寸偏差、非对称性误差、残余应力、正交耦合误差等,这些都影响着硅微陀螺整体性能的提高。在现有加工工艺水平下,采用闭环检测、正交刚度校正、频率调谐等静电技术,结合灵活的数字补偿方法,能有效提高硅微机械陀螺仪的性能。本文以提高硅微机械陀螺仪性能为目的,针对课题组自主研制的具有检测反馈、正交校正以及频率调谐功能的双质量线振动全解耦硅微机械陀螺仪结构开展数字补偿与调谐技术的研究。主要研究工作及创新点如下:1、硅微机械陀螺仪驱动模态数字域闭环系统设计与实现基于数字控制系统设计方法,通过频率修正的双线性变换推导出了陀螺驱动模态的离散模型,构建了锁相环相位控制和自动增益幅度控制的数字化控制模型,给出了相位控制和幅度控制的稳定性条件。仿真和实验结果表明,陀螺数字闭环驱动系统稳定速度快、稳态精度高、环境适应性强。2、硅微机械陀螺仪检测模态闭环控制技术研究针对模态匹配状态下陀螺检测模型近似为一阶惯性环节的特点,提出采用PI控制和相位超前环节相结合的数字串联校正器,实现模态匹配状态下的闭环控制,建立了与实际数字检测电路完全对应的数模混合仿真系统,验证了设计的有效性。对陀螺数字测控系统分别进行了开环检测和闭环检测模式下的性能测试,相比于开环检测工作方式,闭环检测下陀螺标度因数的性能得到明显提升,工作带宽由6Hz拓展到93Hz。3、硅微机械陀螺仪正交校正技术研究针对硅微机械陀螺仪正交校正的结构方案,提出了正交力校正和正交刚度校正两种数字校正实现方法,设计了相应的闭环控制系统,分别进行了频域和时域仿真,验证了两种校正方法的可行性。在陀螺数字控制系统中实现了两种校正方式并进行了实验对比,结果表明,正交校正明显提升了陀螺性能,正交刚度校正的效果优于正交力校正。4、硅微机械陀螺仪模态频率自匹配技术研究基于数字测控系统的灵活性,结合陀螺模态调节结构的特点,提出了基于正交耦合信号相频特性的频率自匹配、基于低频调制激励的频率自匹配以及基于BP神经网络的频率自匹配叁种模态频率匹配方法;分别进行了理论分析、仿真验证以及实验测试。结果表明,叁种方法均能实现温度范围-40℃到60℃的模态频率自匹配,模态频差变化分别小于 1Hz、0.5Hz 和 0.016Hz。5、硅微机械陀螺仪数字解调算法分析与优化针对硅微机械陀螺仪信号处理对解调万法与算法的要求,设计和买现了乘法解调、最小均方解调、傅里叶解调、全相位FFT解调以及同步积分解调五种数字解调算法,在进行适当算法优化的基础上,从仿真和在FPGA电路实时运行两方面,比较了它们的启动速度、抗噪声能力、硬件资源使用率及实时解调精度,最终以同步积分解调作为硅微机械陀螺仪数字测控系统的解调算法,为提升陀螺信号处理效率与精度提供了保证。6、数字化静电补偿与调谐技术测试试验参照国产微机械陀螺测试细则,分别对硅微机械陀螺仪在“开环检测、正交闭环、模态不匹配”(模式1),“开环检测、正交闭环、模态匹配”(模式2)和“闭环检测、正交闭环、模态匹配”(模式3)叁种工作模式下进行了测试试验与性能对比;结果显示工作在模式3下的硅微机械陀螺仪综合性能指标最优:相比于模式1,零偏稳定性由15.13°/h提升到1.3°/h,角度随机游走由2.63°/h/√VHz提升到1.32°/h√Hz;相比于模式2,工作范围由±100°/s增大到±400°/s,标度因数非线性度由649ppm减小到21ppm,带宽由5Hz扩展到90Hz。试验结果表明,检测闭环有效提升了标度因数特性,拓展了工作范围和带宽;模态匹配有效提升了机械灵敏度,从而提高了稳定性,降低了噪声。本文的工作为提升硅微机械陀螺仪的性能提供了一条有效技术途径,对后续新型高性能微机械陀螺仪的研究也具有一定的参考价值。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
静电陀螺仪论文参考文献
[1].张林欣.静电驱动微机械陀螺仪的研究[D].中国科学技术大学.2019
[2].杨成.硅微机械陀螺仪数字化静电补偿与调谐技术研究和实验[D].东南大学.2017
[3].石楠.静电陀螺仪空心铍转子动态特性分析[D].华北理工大学.2014
[4].王凌霄.静电陀螺仪长球形空心铍转子研磨技术[D].河北联合大学.2013
[5].姜永刚,吴旭贤,孙昊,周海渊.航天测量船静电陀螺仪李沙育图形测频动态修正[J].价值工程.2012
[6].高钟玮.浅谈静电陀螺仪[J].海陆空天惯性世界.2011
[7].孟士超,徐茂俊,罗巍,宋健力,贾福利.静电陀螺仪随动系统误差的补偿[J].中国惯性技术学报.2011
[8].王瑞荣.静电驱动硅基介观压阻式微陀螺仪设计与相关陀螺测试[D].中北大学.2011
[9].王嫘,韩丰田,董景新,刘云峰.微静电陀螺仪的结构设计与工艺实现[J].纳米技术与精密工程.2011
[10].刘瑞歌,宋锋,刘瑞英,孙新民.静电陀螺仪空心球转子变形分析及优化设计[J].机械科学与技术.2011