硅微机械陀螺的性能和设计方案

英国宇航系统和设备公司与其合作伙伴Ｓｕｍｉｔｏｍｏ精密设备有限公司共同开发了一种商用微硅陀螺。该产品设计上充分利用电子技术,适于大规模生产,从而使满足广泛商业应用尤其是汽车工业需求的低成本传感器进入市场成为现实。     

微机械陀螺的发展现状

微机械陀螺是近年来才发展起来的一种新型陀螺，本文首先展望了它的潜在应用领域，接着叙述了目前所有的各种方案及其研制现状。     

一种新型的硅微机械陀螺数字读出系统

为了简化系统设计,进一步改善陀螺的控制性能,提出了一种新型的微机械陀螺数字读出系统方案.该方案采用EPLL和AGC技术实现陀螺驱动模态的相位与幅度闭环控制,采用EPLL技术实现检测模态的信号解调.不仅降低了对陀螺品质因数的要求,而且省去了低通滤波器的设计.通过仿真实验不仅验证了该方案的可行性,还研究了EPLL参数对陀螺数字读出系统性能的影响.该方案对今后微机械陀螺系统的实现与性能的进一步提高有一定的指导作用,同时也为今后陀螺系统的误差补偿以及自标定、自校准奠定了基础.     

微机械陀螺悬置杆的非线性机械结构

本文描述了关于系链微机械系统的立体加固系数的算法，此方法以非线性悬杆理论为基础，能在开始非线性运行前推算出可达到的最大运动幅度，以此分析应用于一个具体微型蛇螺。本文通过用一个有限元件模型与实验数据的比较来证实分析有效性，且与陀螺悬杆的最优化设计有关的题在此得到了阐述。     

单支承陀螺转子的动平衡

本文阐述了具有阿基米德螺旋线图案的位标器的基本原理及其运动规律，并说明了这种陀螺转子的振动与绕动的平衡原理与方法。     

一种小波包的微机械陀螺消噪方法

微机械(MEMS)陀螺精度直接影响惯导系统精度。研究表明,随机噪声是影响MEMS陀螺精度的重要因素。本文在介绍小波包变换和自适应阈值的基础上,采用db4小波包变换阈值消噪方法,对某MEMS陀螺信号进行消噪处理,数据处理验证了此算法在MEMS陀螺消噪处理中的有效性。     

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。     

检测质量对硅微机械框架振动陀螺影响的研究

 根据陀螺的动力学方程，从陀螺设计中的重要参数——内、外框架组件的等惯量约束条件和振动灵敏度等角度，探讨了检测质量对陀螺性能的影响，为微机械框架振动陀螺的设计提供了理论依据。     

微硅陀螺静态漂移自回归模型辨识研究

利用微硅陀螺测量的数据，运用过程辨识理论和时间序列分析方法，建立了陀螺静态漂移的自回归（AR）模型，进而得到连续微分方程。     

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。     

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。