弹性基体微固体模态陀螺的关键技术研究

论文摘要

固态陀螺是一种角速度传感器,这种陀螺结构中不存在作整体运动部件,因此抗冲击、抗震动能力强,对真空封装没有特别要求,这些优点是传统的机械转子陀螺和振动陀螺是无法比拟的。近几十年来,随着MEMS技术的发展,MEMS陀螺由于独具的优点(价格便宜,体积小,功耗低,易集成),逐渐得到科研人员越来越多的关注,对固态陀螺进行微型化的研究也越来越多。固态微型陀螺结合固态陀螺和微型MEMS陀螺的各自优点于一身,相信将有更大的发展。本课题提出了一种新型微固体模态陀螺,即为弹性基体微固体模态陀螺。本文介绍了全固态微陀螺的分类、发展历程和研究现状。然后详细介绍了弹性基体微固体模态陀螺的结构、形状、材料、尺寸参数。通过ANSYS建立模型,并对模型进行模态分析、谐振分析和科氏力分析,验证了本陀螺测量角速度的原理。利用有限元分析方法找到这种陀螺的工作模态和工作频率并验证工作原理的准确性,找到了传感电压和角速度的关系。实际加工上,采用模具钢利用精密铣削工艺加工成基底,然后将压电片用导电胶粘贴在其表面。设计和制作传感器的驱动电路,通过谐振驱动方式给陀螺提供驱动电压。满足自激振荡条件使陀螺起振和稳幅是谐振驱动的关键问题,因此引入自动增益控制环节来激励环路振动和稳定环路幅值。自动增益控制是谐振驱动方式的核心部件。自动增益控制(AGC)模块是核心部件,其中用到AD公司的可变增益运算放大器AD603。另外还包括带通滤波器、检波器等模块。通过本文的研究工作,确定了弹性基体微固体模态陀螺的研究方法。本文的研究内容对于今后的同类型陀螺的研究设计工作具有参考作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章绪论
• 1. 固态微陀螺仪
• 1.1 微光机电陀螺
• 1.2 微小型半球谐振陀螺
• 1.3 微型压电固态陀螺
• 1.4 微型声表面波陀螺
• 2 本文研究内容
• 3 课题研究意义
• 4. 论文结构
• 5. 本章小结
• 第二章弹性体微固体模态陀螺的工作原理
• 2.1 压电效应
• 2.2 弹性体微固体模态陀螺的结构及工作基础
• 2.3 本章小结
• 第三章压电式固态微陀螺的建模与仿真
• 3.1 弹性体微固体模态陀螺仿真
• 3.1.1 有限元分析方法
• 3.1.2 ANSYS 介绍
• 3.2 仿真分析
• 3.2.1 模态分析
• 3.2.2 谐振分析
• 3.2.3 科氏力分析
• 3.3 本章小结
• 第四章弹性基体微固体模态陀螺的驱动、检测的实现、检测结果
• 4.1 弹性基体微固体模态陀螺的驱动电路
• 4.1.1 直接驱动方式
• 4.1.2 谐振驱动方式
• 4.2 弹性基体微固体模态陀螺控制的实现
• 4.2.1 AGC 控制
• 4.2.2 驱动控制方案
• 4.2.3 带通滤波器设计
• 4.2.4 可变增益放大器
• 4.2.5 检波器设计
• 4.2.6 AGC 整体电路
• 4.3 本章小结
• 第五章弹性基体微固体模态陀螺的加工工艺
• 5.1 弹性基体微固体模态陀螺的材料选择
• 5.2 铣削介绍
• 5.4 本章小结
• 第六章总结和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及专利
• 致谢