MEMS惯性测量单元减振系统仿真分析

MEMS惯性测量单元使用MEMS仪表作为角速度和加速度传感器,该传感器对振动和冲击敏感,会引起惯性测量单元的测量误差.MEMS惯性测量单元多用于飞机、炸弹、导弹等振动环境恶劣的地方,因此减振器的设计尤为重要.减振器设计首先要明确惯性测量单元所处的振动环境,其次要明确MEMS惯性测量单元敏感的频点,最后明确惯性测量单元的质量、安装形式.设计了一种用于MEMS惯性测量单元的减振器,减振效率达75％,对振动和冲击均起到衰减的作用,衰减频带展宽,且在峰值的放大倍数低于3.5.     

基于MEMS陀螺的风洞模型水平姿态动态测量与精度评估

风洞实验对模型的水平姿态实时动态测量精度的要求不断提高，微小型飞行器模型、高精度的激光陀螺、光纤陀螺惯性测量单元往往在体积、质量方面受到限制，而单一的MEMS系统在水平姿态测量精度方面通常难以达到要求。采用高精度石英挠性加速度计替代MEMS加速度计，与MEMS陀螺进行组合测量。针对加速度计I/F转换脉冲量化及陀螺漂移对动态测量精度的影响，提出了一种基于速度观测Kalman滤波的水平姿态动态测量算法，以提高风洞实验中模型水平姿态的测量精度。提出了在三轴飞行模拟转台上，利用高精度激光陀螺捷联惯导系统的测量结果作为基准进行动态精度评估的方法，解决了安装误差、时间同步等因素对评估精度的影响。通过与其他几种惯性水平姿态测量方法进行精度对比，验证了该算法的技术优势。     

基于MEMS陀螺的低成本捷联惯导系统设计

介绍了一种基于MEMS陀螺和石英挠性加速度计的低成本捷联惯性导航系统的设计与实现方法。给出了惯性测量单元(IMU)的模型方程,并在全温下对IMU的输出进行补偿;采用"四元数"法进行姿态计算,通过坐标变换、积分运算确定载体的速度、位置;对惯测样机进行了60 s的静态测试,结果表明该系统短期准确度满足SINS/GPS组合导航系统需求。     

基于MEMS陀螺和加计的微惯性测量单元研制

微惯性测量单元具有成本低、体积小、功耗低和抗冲击等优点,可以应用在车辆稳定控制、平台稳定及导航控制系统中,具有广阔的市场应用前景.详细介绍了采用三轴MEMS陀螺和三轴MEMS加速度计研制的微惯性测量单元硬件设计,对信号进行预处理、陀螺漂移补偿、降噪等处理.所研制的低成本MIMU经过补偿后零位漂移保持在:X轴、Y轴、Z轴,可以应用到普通导航领域.     

无陀螺捷联惯导系统捷联方案研究

 提出了无陀螺捷联惯导系统的惯性测量单元沿单轴相对载体旋转的捷联方案,对该方案进行了理论分析和数值仿真。结果表明,合理安装９ 个加速度计并适当选取捷联矩阵,则捷联方案无需高精度测量惯性测量单元相对载体旋转角速度也能大大提高载体角速度的精度。为满足相同的导航精度要求,本方案可降低对加速度计精度的要求约１０００ 倍。     

消除基准倾斜对IMU中加速度计零位影响的一种方法

利用平板作为基准对惯性测量单元中的加速度计标定时，找到一种消除基准倾斜对加速度计零位标定影响的方法，通过对三套惯性测量单元实验数据分析，证明该方法是正确、实用的。     

面向无人机的单芯片惯性测量组合

针对无人机对惯性测量组合的小尺寸、轻重量的需求,设计实现了芯体为1cm3的微小型单芯片的硅微惯性测量组合。论文提出了一种基于体硅深刻蚀—玻璃键合工艺的单芯片惯性测量组合结构,该结构集成了六个异构的单轴惯性器件,可实现运动载体的六自由度运动信息测量。单芯片惯性测量组合中的陀螺器件两个模态的的振动频率实现了较好的匹配,加速度计器件分辨率达到了0.93mg。测试结果表明该单芯片惯性测量组合有望实现高精度的惯性量测量,在无人机上有很好的应用前景。     

惯性微系统封装集成技术研究进展

随着微机电系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)的器件圆片级封装技术、垂直互连转接板技术、新键合工艺技术等技术研究的出现，惯性微系统正在朝着三维封装集成架构发展，以满足微电子技术更高集成度、更小体积、更低功耗、更低成本的发展需求。介绍了MEMS惯性器件和MEMS惯性微系统三维集成技术，硅通孔(Through Silicon Via，TSV)三维互连技术和倒装芯片技术为惯性MEMS微系统三维集成一体化提供了设计空间，有效地降低了惯性MEMS三维集成模块的体积、质量，提高了集成度，符合未来惯性MEMS三维集成多功能融合趋势的需求。     

多传感器微惯性测量单元标定技术研究

基于设计生产的一款每个敏感轴集合两种类型MEMS陀螺仪和加速度计的微惯性测量单元(MIMU),提出了一种MIMU精确标定测试方法。该方法以MIMU整体为标定对象,考虑了温度对零偏、标度因数的影响、传感器轴间不完全正交误差及结构安装误差等因素,对MIMU中各惯性传感器的初始零偏、标度因数、交叉耦合系数等参数进行了标定。产品标定测试结果证实了该方法的有效性。     

多个MEMS惯性姿态模块同时标定方法研究

针对MEMS 惯性姿态模块的应用需求, 根据已有的MEMS 三轴加速度计和 三轴陀螺仪的零偏、标度因子和非正交等误差及其随温度的变化模型, 设计了多个 MEMS 惯性姿态模块误差同时标定的方法,该方法可实现多个模块传感器数据的同步采 集,在常温下可对多个MEMS 惯性姿态模块的非正交误差进行批量标定,在全温度范围 内同时标定多个模块的温度漂移误差。试验表明,该方法校正了MEMS 惯性传感器的非 正交误差和温度漂移误差,提高了MEMS 惯性传感器的精度,同时提高了标定的效率, 减少了标定成本,有利于工程实现。     

基于三维原子磁强计的核磁共振陀螺仪实验优化

核磁共振陀螺仪内嵌三维原子磁强计是实现核磁共振陀螺仪小型化的一种有效途径,故介绍了一种基于三维原子磁强计的核磁共振陀螺仪.对影响三维原子磁强计性能的重要参数进行了优化,得到了较优的x轴、yy轴和z轴磁强计信号标度因子,进而实现了更灵敏的三维原子磁强计.在三维磁场闭环锁定6000 s后,测得核磁共振陀螺仪的角度随机游走和零偏稳定性分别为0.038(°)/h1/2和0.94(°)/h.     

液压管路系统随机振动下疲劳分析

民用飞机液压管路系统受到飞机振动环境的影响,可能产生振动引发的管路及安装结构疲劳破坏。为了分析液压管路系统在飞机振动环境下的承受能力,参考RTCA/DO-160G中对于固定翼飞机振动环境的定义及要求,对某民用飞机液压管路进行振动模态和随机振动响应分析。通过有限元分析得出了液压管路及安装结构的随机振动Von Mises均方根应力,采用基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法,计算管路系统的随机振动疲劳损伤,得到了疲劳薄弱部位及疲劳分析结果,为民用飞机液压管路在随机振动环境下的疲劳分析提供参考。     

钛合金宽弦风扇叶片的振动特性

通过模态仿真和模态试验技术分别对某型号TC4钛合金宽弦风扇叶片的振动特性进行研究。采用ANSYS-APDL软件对风扇叶片模型进行模态仿真分析。根据风扇叶片的坎贝尔图以及不同模态的振型分布，识别风扇叶片的弯扭振型。风扇叶片不同转速不同模态下的转速裕度和频率裕度分析显示:第1阶弯曲模态在红线转速下的转速裕度和频率裕度超过20%，表明风扇叶片满足共振裕度要求。在三轴向振动台上利用扫描式激光测振仪，采用敲击法和随机带宽激励的方法测量叶片的响应，分析了风扇叶片不同模态的冲击响应特性和多轴响应特性，发现风扇叶片在周向和轴向激励下的响应以低阶弯曲模态为主，而在径向激励下的响应以扭转和复合模态为主，不同激励位置不同模态的响应特性与风扇叶片的振型息息相关。      

热振环境下钛合金薄壁结构疲劳寿命

由于钛合金薄壁结构长时间在飞行热振环境下结构内部产生不断变化的应力,可能引起结构疲劳失效,因此借助振动试验台搭建了高温振动疲劳测试系统,测定了20、150℃和300℃温度条件下钛合金悬臂薄板结构的随机振动S-N疲劳曲线,并建立了上述温度条件下钛合金悬臂薄板结构的疲劳寿命预测表达式,根据其计算得到的预测寿命与试验件的实际寿命相比误差较小,300℃、45.36 MPa应力水平下误差仅为3.76%。该方法可用于高温随机振动载荷作用下结构的疲劳性能和寿命预测研究。     

Current Capabilities of MEMS Capacitive Accelerometers in a Harsh Environment

One of the general trends of the MEMS sensors business is the utilization of the technology to satisfy harsh environment requirements (temperature, shock, vibration, environment security). The conjunction of material (standard silicon, SiC or SOI), with complex micromachining techniques and advanced assembly techniques are the key to provide robust sensors with a minimum concession on specification. The goal of this paper is to present progress on gun hard (>20,000 g) and wide temperature range MEMS accelerometers (-120degC to +180degC). Concrete solutions and results (out of more than 500 tested products) will be presented and discussed in detail     

Distinguished Lecturers Program

One of the general trends of the MEMS sensors business is the utilization of the technology to satisfy harsh environment requirements (temperature, shock, vibration, environment security). The conjunction of material (standard Silicon, SiC or SOI), with complex micromachining techniques and advanced assembly techniques are the key to provide robust sensors with a miniimum concession on specification. The goal of this paper is to present progress on gun hard (> 20,000 g) and wide temperature range MEMS accelerometers (-120°C to +180°C). Concrete solutions and results (out of more than 500 tested products)) will be presented and discussed in detail.     

MIMO随机振动试验控制的逆多步预测模型法

多输入多输出（MIMO）随机振动试验在产品可靠性验证中扮演重要角色。逆系统方法作为一种时域方法，直接由参考信号（即期望得到的响应信号）生成驱动信号，但容易产生不稳定的结果。本文以系统的有限差分模型为基础，推导了逆多步预测模型，并建立了该逆模型与矩阵幂次算法结合的MIMO随机振动试验方法。通过悬臂梁模型进行双输入双输出仿真试验，验证了逆多步预测模型进行MIMO随机振动试验驱动生成的可行性。在三轴振动台上进一步验证该方法进行MIMO随机振动试验控制的能力。     

民用飞机焊接管路建模及高周疲劳分析

焊接结构具有连接性良好、重量轻、易于加工等特点,被广泛应用于民用飞机系统管路的连接。但是焊接结构的不连续性容易引起应力集中效应,从而导致焊接部位产生疲劳破坏。以某型飞机焊接管路接头为研究对象,首先介绍了一般管路焊接结构的疲劳破坏区域、破坏模式及焊接焊缝要求,之后采用实体网格单元对焊接接头进行了细节有限元建模,并详细说明了为消除应力集中效应需注意的焊缝、焊趾等的有限元建模要求和网格收敛性要求。本文中振动激励载荷环境选用RTCA/DO160中规定的振动环境曲线,利用Abaqus软件中的PSD分析模块对焊接管路进行了应力响应功率谱密度(PSD)分析,最后选取三区间法疲劳损伤模型和Miner线性疲劳累积损伤理论,给出了焊接结构的疲劳寿命分析结果。     

Matrix Power Control Algorithm for Multi-input Multi-output Random Vibration Test

 Both auto-power spectrum and cross-power spectrum need to be controlled in multi-input multi-output (MIMO) random vibration test. During the control process with the difference control algorithm (DCA), a lower triangular matrix is derived from Cholesky decomposition of a reference spectrum matrix. The diagonal elements of the lower triangular matrix (DELTM) may become negative. These negative values have no meaning in physical significance and can cause divergence of auto-power spectrum control. A proportional root mean square control algorithm (PRMSCA) provides another method to avoid the divergence caused by negative values of DELTM, but PRMSCA cannot control the cross-power spectrum. A new control algorithm named matrix power control algorithm (MPCA) is proposed in the paper. MPCA can guarantee that DELTM is always positive in the auto-power spectrum control. MPCA can also control the cross-power spectrum. After these three control algorithms are analyzed, three-input three-output random vibration control tests are implemented on a three-axis vibration shaker. The results show the validity of the proposed MPCA.