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压电型微固体模态陀螺的性能优化及检测

作 者: 胡小骏
导 师: 吴校生
学 校: 上海交通大学
专 业: 微电子学与固体电子学
关键词: 微加工 固态陀螺 优化 定量指标 闭环锁相
分类号: V241.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 15次
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内容摘要


本文对一种压电型微固体模态陀螺的尺寸以及驱动方式进行了定量分析及优化.相对于一般的机械陀螺或振动陀螺来说,固态陀螺有强的抗冲击、抗震动能力。但是目前在这种压电型微固体模态陀螺的研究还主要集中在定性层面,定量的分析和优化基本是一片空白。本文通过建立一套定量指标,对压电型微固体模态陀螺的器件尺寸以及驱动方式进行优化,弥补了定量分析及优化领域的空白。本文建立了一套用于评价压电型微固体模态陀螺工作模态优劣的定量指标,并利用这套定量指标对不同尺寸器件的工作模态进行评价,确定最优工作模态并优化器件的尺寸。随后,我们使用这套定量指标对不同驱动电极尺寸及驱动电极分布方式下器件的驱动效果进行评价,对驱动电极的尺寸及分布方式进行了优化,提出了一种全新的驱动电极分布方式,有效地改善了驱动电极的激励效果。随后本文给出了压电型微固体模态陀螺的微加工工艺,讨论了器件切割的性能指标以及器件安装的方法。最后本文给出了该种压电型微固体模态陀螺的驱动电路及检测电路,并对压电型微固体模态陀螺进行检测。针对之前开环模式驱动电路在实际工作中由于环境温度、湿度、气压等参数发生变化的时候导致陀螺的工作振动模态谐振频率在一定范围内发生漂移,以及由于制造误差或材料参数的微小差异,不同的陀螺个体的工作振动模态的谐振频率也不尽相同等问题,本文介绍了一种闭环锁相稳幅驱动电路,能够为微固体模态陀螺提供陀螺谐振频率跟踪、恒幅的驱动信号,很好地解决了上述问题。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章 绪论  9-23
  1.1 MEMS 概述  9
  1.2 陀螺概述  9-12
  1.3 微机电陀螺概述  12-13
  1.4 全固态陀螺概述  13-20
    1.4.1 微型声表面波陀螺  13-15
    1.4.2 微型光学陀螺  15-16
    1.4.3 微型半球谐振陀螺  16-18
    1.4.4 微型压电固态陀螺  18-20
  1.5 本文的研究内容  20
  1.6 课题的研究意义  20-21
  1.7 论文结构  21
  1.8 本章小结  21-23
第二章 压电型微固体模态陀螺的结构及工作原理  23-31
  2.1 压电效应及压电材料  23-26
    2.1.1 压电效应  23-24
    2.1.2 压电材料  24-25
    2.1.3 锆钛酸铅(PZT)材料介绍  25-26
  2.2 压电型微固体模态陀螺的工作原理  26-29
    2.2.1 哥氏效应  26-28
    2.2.2 压电型微固体模态陀螺的工作原理  28-29
  2.3 压电型微固体模态陀螺的结构  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章 压电型微固体模态陀螺的有限元仿真及优化  31-52
  3.1 有限元仿真及优化的意义及步骤  31
    3.1.1 有限元仿真及优化的意义  31
    3.1.2 有限元仿真及优化的步骤  31
  3.2 ANSYS 有限元分析软件介绍  31-32
    3.2.1 概述  31-32
    3.2.2 ANSYS 有限元分析的典型步骤  32
    3.2.3 ANSYS 有限元分析的操作方法  32
  3.3 选定单元类型  32-34
  3.4 设定材料类型及材料参数  34-35
  3.5 模型构建及网络划分  35-37
    3.5.1 模型构建  35-36
    3.5.2 网络划分  36-37
  3.6 建立定量指标  37-40
  3.7 压电型微固体模态陀螺模态分析及器件尺寸优化  40-42
    3.7.1 压电型微固体模态陀螺模态分析  40-41
    3.7.2 压电型微固体模态陀螺尺寸优化  41-42
  3.8 压电型微固体模态陀螺谐振分析及驱动电极优化  42-48
    3.8.1 压电型微固体模态陀螺谐振分析  42-44
    3.8.2 压电型微固体模态陀螺驱动电极优化  44-48
  3.9 压电型微固体模态陀螺哥氏效应分析  48-50
  3.10 本章小结  50-52
第四章 压电型微固体模态陀螺的加工工艺  52-57
  4.1 基本加工工艺  52-54
  4.2 切割工艺  54-55
  4.3 陀螺安装  55-56
  4.4 本章小结  56-57
第五章 压电型微固体模态陀螺的驱动电路及检测结果  57-64
  5.1 驱动电路  57-59
  5.2 检测电路  59-61
  5.3 检测结果  61-62
  5.4 本章小结  62-64
第六章 总结和展望  64-66
  6.1 全文总结  64-65
  6.2 研究展望  65-66
参考文献  66-70
攻读硕士学位期间发表的论文及专利  70-71
致谢  71

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空仪表、航空设备、飞行控制与导航 > 航空仪表、航空设备 > 陀螺仪表
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