MEMS梳齿音叉陀螺零偏漂移特性研究

由于MEMS（微机电系统）音叉陀螺多用于车载及无人机导航等应用场合，而外界温度环境因素对其零偏性能有着很大的影响，因此其零偏漂移的大小直接影响着最终导航的性能。本文研究了全温范围传感器漂移特性，旨在提升陀螺零偏稳定性。通过改进电路设计以及采用实时补偿算法对其全温范围零偏漂移进行补偿，将零偏稳定性提升了一个数量级。     

微型机械音叉陀螺的测试结果

德雷珠实验室与洛克威尔公司正联合采用微加工技术开发一种机动车上用的体积小、成本低的单晶体音叉陀螺。这种陀螺坚固耐用，本身具有平衡性，且容易生产。     

谐振式硅微传感器闭环系统动态特性影响因素

动态特性是传感器的一个重要的性能指标。本文分析了基于幅频特性的谐振式硅微压力传感器闭环系统的动态特性及其影响因素,并进行了相应的实验研究。由基于幅频特性的闭环系统内部控制过程得到影响闭环系统动态特性的因素有三个：谐振器固有频率对压力的响应时间;谐振器稳定振动的建立时间;信号处理与数据处理时间。对闭环系统内部控制过程及实验结果的分析表明,谐振器稳定振动的建立时间为主要因素。研究结果为设计闭环系统动态特性改善方案提供了依据。     

现代陀螺技术

现代陀螺是没有旋转部件。除在某些情况下使用轻微振动部件之外。现代陀螺的工作原理在本质上不同于与其同属一个家族树的角动量陀螺。新陀螺概念：哥氏振动陀螺(GVG)．激光陀螺(RLG)，和干涉型光纤陀螺(IFDG)与它们的机械结构一起经历了约一个世纪的发展历程，但实现它们所需的技术只是在20世纪的后半叶才成为可能。本文概述新陀螺概念，将通过有用的物理原理来将它们区别于机械陀螺。并阐述了每种陀螺技术的发展历程。     

考虑微加工误差的微机械陀螺的健壮性优化

 为减小微加工误差对音叉振动式微机械陀螺设计性能的影响、提高其批量性能稳定性，以对其加工后性能变异影响最大的若干关键参数为设计变量，在分析了几何约束条件、模态性能约束条件、基于模态的加工灵敏度约束条件的基础上建立了微机械陀螺健壮性优化的数学模型。在无需事先知道微机械陀螺尺寸／性能的详尽统计信息的条件下，采用一阶摄动技术和遗传算法实现了微机械陀螺的健壮性优化设计。     

音叉振动式微机械陀螺固有频率的统计特性分析

 以一种通过体微机械加工技术制备的音叉振动式微机械陀螺为对象，首次基于随机摄动技术定量研究了微陀螺固有频率变异的统计特征，以概率思想表达了微陀螺批量加工过程所带来的材料／尺寸随机误差对其各阶固有频率的影响。通过所提出的影响因子这一概念反映了微陀螺参数变异对固频变异的敏感度。在详尽分析微陀螺众多参数的影响因子的基础上，获得了微陀螺最为关键的六个参数。这有限关键参数的获得，不仅为微陀螺的健壮性设计提供了方向，同时也为实际微陀螺的加工控制提供了量化的可参考依据。     

武装直升机瞄准线粗/精组合二级稳定技术

提出并采用一种粗/精组合二级稳定的新方案,用于对武装直升机多传感器光电综合制导系统瞄准线（LOS）及图象进行高精度稳定与跟踪。该技术的重要特征是采用挠性支承精稳反射镜组件以及粗/精多回路复合控制技术以获得高回路带宽和对扰动的大幅度衰减。用一个双自由度陀螺进行稳定及跟踪,有效地解决了粗/精通道的匹配与耦合。与传统的LOS稳定系统相比较,稳定精度提高近一个数量级。根据某型直升机振动频谱进行定频振动测试,目前的原理样机在35kg稳定负载下其稳定精度优于14微弧（RMS）,粗、精振幅衰减比大于8倍。     

MEMS梳齿音叉陀螺温度漂移特性研究

由于MEMS音叉陀螺多用于车载及无人机导航等应用场合,而外界温度环境因素对其零偏性能有着很大的影响,因此其温度引起的零偏漂移的大小直接影响着最终导航的性能。研究了全温范围传感器漂移特性,旨在提升陀螺温度漂移特性。通过改进电路设计以及采用实时补偿算法对其全温范围温度引起的零偏漂移进行补偿,将零偏稳定性提升了一个数量级。     

民用低成本光纤陀螺

本文阐明了在中等精度惯性测量系统中开环光纤陀螺所具有的优势，叙述了这种陀螺光学功能块的工作原理和一种高效率利用成本的陀螺电子线路，就高生产速率而言这种陀螺在设计上也是最佳的。另外，概述了一种模块化设计原理，即用具有较低研制成本和生产 任意类传感器实用户特殊的惯性测量系统。     

微型化半球陀螺制备工艺发展现状及趋势分析

因低噪声、高性能、无磨损的优势，半球陀螺已成为航空、航天领域内的最佳导航陀螺。半球陀螺的微型化是微机电陀螺领域的研究热点，全球各研究单位设计了多种形态的谐振器结构，开发了各具特色的加工工艺，其选用的材质也各不相同，并研制出了形态各异的微半球陀螺结构。对半球陀螺微型化的历程和方式进行了综述，着重对微型化半球陀螺壳体谐振器的结构形态、工艺制备方法和选材进行了对比和分析，并对各微型化途径的特点进行了讨论和展望。     

激光陀螺的动态不敏感区域

对于激光陀螺的支架（底座）角振动规律是非谐波并且这种规律以给定的形式依赖两个参数的情况，本文研究了激光陀螺的动态不灵敏（闭锁）区域，求出了闭锁区域的大小与底振动参数的关系。     

输流管的振动微分方程及单点弹性支承悬臂管的稳定性分析

本文研究了具有单点弹性支承的悬臂输流管的稳定性问题。研究内容包括：振动微分方程的建立，方程的离散化，确定静平面位置及平衡点稳定性分析等。     

廉价的镍基微机械速率陀螺

本文论述一种低成本常压下速率微机械陀螺,它采用了兼容制CMOS镍电铸装配成型工艺,陀螺的驱动模式和检测模式的谐振频率的匹配相互接近后,增加了角速率的分辨率,两种模式采用了对称悬挂和静电频率音又方式,而且在模式匹配运行过程中两种模式的不合理机械耦合,通过与陀螺的挠曲完全断开,减小了耦合度．降低机械耦合得到一个稳定的零速率输出偏置,即提供一个极好的偏置稳定度。装配陀螺镍材料结构层厚度18μm,电容间隙2．5μm,结果是纵横比大于7,检测电容0．5pF以上．测出陀螺谐振频率,驱动是4．09Hz,检测是4．33Hz,然后再与电压小于12V音叉匹配．陀螺混合联结一个CMOS客性接口电路,混合系统工作受外围电路控制,它们组成一个角度速率传感器．陀螺按驱动模式震荡,振动幅值大于10μm。速率陀螺等效噪声是0．095（°／s）／HZ1/2短期偏置稳定度大于0．1°／s．在测量范围±100°／s内,该陀螺公称标度因子是17．7mV／（°／s）,满刻度时非线性度仅为0．12％。现在的陀螺测量频宽设为30Hz,根据使用要求,频宽可以超过100Hz,检测模式的质量因子可以通过提高真空度加以改善,在一个10Hz窄的响应频宽中,质量因子大约就是一个等效速率噪声,它小于0．05（°／s）／Hz1/2。     

惯性传感器技术的发展趋势

本文概括叙述了惯性传感器技术，描述了在目前工业上的应用和它在近期及远期应用的前景。惯性传感器技术发展的趋势也在此得到详细阐述，即干涉型光纤陀螺，微机械陀螺和加速度计，还有微型光学传感器。微机械传感器和改进后的光纤陀螺预计在不远的将来会替代许多现行系统中采用的环形激光陀螺或者机械传感器。新技术成功的引进主要是由成本原因所驱使的，采用这些新技术的系统的成本项目也在此陈述。利用全球定位系统（GPS）辅助的惯性导航系统已使导航应用的领域面更扩大化，例如制导炸弹。这些新的应用场合将促使具有极其低廉价格、可批量生产的传感器的开发。     

新型磁悬浮振动陀螺的设计与分析研究

振动陀螺是一种利用哥氏效应检测角速度的传感器,其谐振子的结构精度和阻尼均匀性限制了陀螺性能的提升。为减小谐振子结构与支撑锚点的影响,提出了一种全新概念的磁悬浮振动陀螺。该陀螺利用电磁悬浮的方法将谐振子悬空,从而简化了谐振子为无支撑锚点的集中质量块,降低了其结构精度要求,消除了机械结构阻尼,最终达到提升陀螺性能的目的。基于经典振动陀螺模型,理论分析了磁悬浮振动陀螺的基本工作原理,并说明了谐振子误差对陀螺性能的影响规律,设计了新型磁悬浮振动陀螺的结构,并对该结构的磁感应强度进行了仿真分析。仿真结果证明,悬浮质量块振动稳定,具有较好的磁场均匀性。最后对陀螺样机进行了测试,其固有频率为20Hz,标度因子约为1.6mV/[(°)/s],测试结果验证了所提磁悬浮振动结构的陀螺效应。     

微机械陀螺正交耦合误差静电力抑制的有限元仿真研究

微机械陀螺的正交耦合误差是敏感结构振动模态间的刚度耦合引起的检测模态输出偏量,是影响陀螺性能的关键误差源之一。静电力抑制是一种采用静电力调节驱动模态的主轴偏量,使用直流电压进行正交耦合误差抑制的方法,该方法具有片上实时抑制能力,能够有效抑制正交耦合误差。从静电力抑制正交耦合误差的基本原理出发,运用有限元仿真,对硅基音叉陀螺正交耦合误差的静电力抑制进行了仿真分析,并通过实物测试数据进行了验证。     

应用在滚动框架导弹上的自由陀螺红外传感器

滚动框架导弹（RAM）为美国和德国海军提供了快速反应、攻击力强的武器，用于防御反舰导弹（ASM）譬如：Exocet和SSN-22。RAM由被动射频（RF）和红外（IR）传感器组成，能跟踪和反击辐射和非辐射威胁。RAM导弹的快速反应与“打过就忘”的特征相结合就能保护舰不受ASM的密集袭击。在单个或多个威胁下反击仿真和实时ASM时，RAM具有很高的精确度和很强的可靠性。RAM有几个独特的设计特征。RAM将一个在飞行中静态控制的滚动框架和由单个控制面和一个闭合回路自动驾驶仪得到的机动性结合在一起。一个装有射频干扰仪的弹体只有两个前向天线，在滚动周期内得到目标信息的两个平面。把红外传感器装到一个自由陀螺寻的器上，此自由陀螺寻的器同时也作为弹体解耦的惯性参考。这个红外传感器有一个80元线阵，此线阵利用自由陀螺自旋和导弹滚动产生出一个精确惯性参考的红外图像。在不同海上环境下，此红外传感器进行实时捕获和识别目标。本文主要讲述红外传感器。     

基于动力学分析的发动机测振截面选取

研究了发动机测振截面选择的建模方法和优化算法。确定测振截面选择思路,建立转子-支承-机匣整机模型,计算正常和故障条件下转子动力学特性,并依据总体方案规定的传感器数目,确定测振物理量较大的转子截面或支承位置,完成振动传感器布置方案的初步确定。进一步提出测振方案优化方法,通过对实测数据进行分析,考虑实测信号的信噪比和信息冗余性,确定各测点振动数据有效信息量,判定测振方案是否合理,并选择机载测点。以某型发动机为例,设计监测点布置方案。结果表明:机载测点与该型发动机实际机载传感器测点位置相同,验证了测振方案的建立方法、优化方法和机载传感器选择方法正确可靠。单元敏感度越高,反映转子振动越明显。振动相似度越低,反映发动机整机振动特性越全面。研究结果为航空发动机测振截面布置提供重要依据。      

一种带有数字力反馈的宽动态范围的绝缘硅MEMS陀螺

本文描述的是一种硅绝缘体(SOI)的微电子机械系统(MEMS)的研究探索和原始的测试数据，它是一种振动角速率传感器，主要用于高超音速、小直径导弹和炸弹，SOI角速率传感器(即陀螺)主要用在宽动态范围和刚性环境中，它吸收了深度离子蚀刻反应得到的质量块和特征尺寸的优点，主要的研究集中在开发对称的装备结构以及多点的σ-δ力反馈控制，其目的是为了增加动态范围和减小对环境参数的灵敏度，包括温度、振动和恒定的Z轴负载加速度．有一个样机，单层MEMS芯片，结构是一个质量块被放置在一个三重模块去耦对称的悬挂系统中，经过了装配和调试，模块去耦悬挂系统，对每一个疏状驱动，只允许它在一个平面内运动，即一个自由度，所以削弱了因为振荡轴的不规则排列引起的误差，另外悬挂对称结构经过工艺处理和温度变化保持匹配的振荡模块频率，在不连续的时间控制回路中有最大的动态范围，附属于该悬挂系统的是它们的线性模式的疏状驱动的工作状态，利用这些条件执行机构削除了偏差，在控制回路中减小了非线性度．在一个开环的结构中这些设备的速率传感器性能得到了验证，并且有一套设备在高超音速导弹样机中进行了飞行试验，目前的研究将是通过前置优化减少随机游走，增加一个激励控制回路改善偏置稳定性，和采用数字反馈回路增加动态范围，本文讲述SOI为基础的角速率传感器的最近研究成果和原始测试数据。     

超导陀螺仪

超导陀螺亦称低温陀螺,是在超低温,真空环境下工作,利用超导体的抗磁性（即迈斯纳效应）将陀螺转子悬浮起来,这就是超导陀螺仪工作的物理基础。这种依靠磁力且表面不接触的支承没有摩擦损耗,因此就消除了因机械摩擦而引起的陀螺漂移。