半球谐振陀螺的结构参数对工作模态以及进动系数的影响

为实现高性能的半球谐振子结构设计,文章针对半球谐振陀螺的结构参数对其工作模态频率、模态频率位阶以及进动系数的影响做了相关研究。在对陀螺进动系数计算理论研究基础上,对半球谐振陀螺的进动因子进行了有限元仿真计算;接着对具有不同结构参数的半球谐振子进行了模态仿真分析,发现在半球谐振子设计过程中,当球壳厚度和支撑柱半径之比小于1/3时,能够将陀螺的工作模态设置于最容易激发的第1和第2阶模态,大大提高了陀螺敏感特性。同时,能够极大拉开工作模态与干扰模态之间的频差,仿真结果最大拉开了2760.8Hz。最后,仿真结果表明半球谐振陀螺的进动系数受到结构变化而产生的波动非常小,进动系数的波动维持在0.27~0.28范围内。     

MEMS陀螺噪声理论与模型综述

工作在闭环检测模式下的MEMS陀螺具有较好的整体性能,是目前具有发展潜力的微陀螺方案之一。但是多个闭环的存在使得测控系统噪声源变多,通过构建噪声模型可以量化各噪声源对零偏输出的贡献,并且探明结构和电路参数对噪声性能指标的影响,从而调整设计参数与控制方式,优化设计。首先阐述了MEMS陀螺谐振系统中的噪声源———热噪声和闪频噪声产生机理,然后将陀螺噪声模型分为相位噪声模型和幅度噪声模型,分别讨论国内外研究机构噪声建模的进展,如针对幅度频率耦合导致的额外相位噪声,讨论了非线性相位噪声模型和幅度噪声模型。非线性相位噪声模型通过引入非线性刚度来完善相位噪声谱表达式,幅度噪声模型通过考虑不同输入点的噪声在力平衡环路的传递过程来量化各噪声源影响因素。最后,对噪声模型的发展进行了展望,可以通过构建与调幅陀螺相联系的相位噪声模型和零偏不稳定性噪声模型,实现对陀螺噪声分析的完善。     

一种可实现增益、带宽独立调控的低噪声MEMS加速度计接口电路设计

为了进一步满足振梁式加速度计（VBA）对前端放大接口电路增益、带宽以及噪声的更高要求，提出了一种适用于硅微振梁式加速度计的可实现增益、带宽独立调控的低噪声前端放大接口电路。该设计基于T型接口电路的两级拓扑结构，有效解决了增益、带宽和噪声之间的制约问题。通过仿真与实验结果表明，该设计在等效跨阻增益为40MΩ的前提下，最终实现了带宽为410kHz、相位误差为1.2°、等效输入电流噪声密度为8.9fA/Hz。基于该设计的实验样机在上电稳定后1h零偏不稳定性达1.156μg，相较于传统一级跨阻接口电路减小了49.2%（2.274μg），验证了该新型接口电路的可行性和优越性。