差動式電容微機械陀螺儀工藝制備及接口電路設(shè)計.pdf

1、微機械陀螺儀以其結(jié)構(gòu)小、成本低、壽命長等優(yōu)點成為下一代陀螺儀的重要發(fā)展方向。目前國內(nèi)外的研究熱點都集中在電容式微機械陀螺儀的研制，但由于加工誤差和結(jié)構(gòu)設(shè)計等原因，電容式振動微機械陀螺儀仍存在易受機械耦合和軸向加速度影響、檢測電容量低、靈敏度不高等缺點。本論文針對上述問題提出了一種差動檢測式電容硅微機械陀螺儀，并對其相應(yīng)的接口電路進行了設(shè)計和仿真，論文的主要研究工作如下：
　　 1)結(jié)合現(xiàn)有的線振動式陀螺儀，設(shè)計了一種差動式電容檢

2、測微機械陀螺儀，對驅(qū)動、檢測梳齒的電容和梁結(jié)構(gòu)進行了分析，并對結(jié)構(gòu)的驅(qū)動與檢測模態(tài)進行了有限元仿真分析與驗證。
　　 2)設(shè)計并完成了差動式陀螺儀制備工藝流程，對梳齒結(jié)構(gòu)的ICP刻蝕進行了分組實驗，重點研究了刻蝕條件與梳齒線寬損失之間的關(guān)系。采取分步刻蝕的方法實現(xiàn)了梳齒間距線寬損失從3.47μm降至1.34μm。
　　 3)對制備好的陀螺儀進行了開環(huán)振動測試，初步獲得了陀螺儀在大氣環(huán)境下驅(qū)動與檢測模態(tài)的幅頻特性曲線，并計

3、算了相應(yīng)的諧振頻率和品質(zhì)因子。
　　 4)通過有限元仿真和理論計算得出了梁加工傾角與諧振頻率的變化關(guān)系，獲得了加工誤差對陀螺儀模態(tài)頻率的影響規(guī)律，為結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝過程的優(yōu)化提供了參數(shù)依據(jù)。
　　 5)針對本差動式電容檢測微機械陀螺儀的結(jié)構(gòu)特點并結(jié)合自激振蕩原理，設(shè)計了交流增益控制的閉環(huán)驅(qū)動電路和基于相敏解調(diào)的角速度提取電路，對電路的重要參數(shù)進行了仿真分析和電路實驗，為實現(xiàn)陀螺效應(yīng)檢測電路的可行性提供方案依據(jù)。