基于隧道效應的力平衡式MEMS陀螺儀的設計研究.pdf

1、通過充分調(diào)研和詳細分析目前國內(nèi)外硅微機械陀螺的研究狀況，當前絕大多數(shù)硅微機械陀螺儀采用電容式傳感器檢測陀螺儀輸出信號，隨著陀螺儀表結構尺寸極大縮小，傳統(tǒng)電容檢測技術的靈敏度和分辨率也大大降低，達到了檢測的極限狀態(tài)，檢測輸出信號的信噪比非常低，信號檢測電路和處理電路極為復雜。針對此現(xiàn)象，本論文提出了利用電極間的隧道效應敏感陀螺輸出位移的微小變化，該陀螺采用正交式懸臂梁結構，有效地抑制了機械耦合對器件造成的不良影響，其驅動、檢測模態(tài)諧振頻率

2、的精確匹配保證了陀螺較高的靈敏度。 論文首先介紹了隧道式微機械陀螺的設計理論基礎，給出了微機械振動式陀螺的動力學方程，分析了陀螺的檢測靈敏度和工作帶寬，對微機械陀螺設計中所涉及的靜電驅動和隧道電流檢測給予了簡單的介紹，對微機械運動中受到的空氣阻尼問題進行了分析，并討論了微機械陀螺中的寄生Coriolis力和軸向加速度對角速度檢測的干擾等問題。 提出了一種新型基于隧道電流檢測的正交梁式陀螺儀結構，對陀螺的結構和工作原理進行

3、了的分析，并系統(tǒng)分析了隧道陀螺的機械性能、結構阻尼、靜電驅動力和機械耦合誤差。通過理論計算和仿真分析提出了隧道式硅微機械陀螺的結構參數(shù)，最終得到具有較高靈敏度的隧道式硅微機械陀螺儀結構。 本文結合加工單位的工藝特點，設計了切實可行的工藝流程，并進行版圖設計，正在進行隧道陀螺儀的加工。 最后，對隧道式硅微機械陀螺的反饋控制方法進行了研究，分析了目前常見的幾種隧道電流檢測反饋控制電路，并在此基礎上對隧道電流檢測方法進行了初步