【摘 要】
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本文针对传统MEMS振动陀螺在经历高过载过程无法存活且冲击前后参数变化大的问题，开展了抗高过载MEMS固体波动环形微机械陀螺设计、加工和测试方面的研究工作。首先，提出了全对称梁的陀螺结构形式，该结构能够有效的减小冲击过程在结构中造成的应力残留，配合止挡机构以及灌封技术能够提升陀螺在冲击过程中的存活能力，并在此基础上推导了陀螺的动力学方程和敏感轴冲击振荡运动函数，指出了敏感轴冲击模态的固有频率越高、
【基金项目】
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国家自然科学基金（51705477）； 中央军委装备发展部快速扶持项目（80917010501）； 基础加强计划技术领域基金（2021-JCJQ-JJ-0315）； 山西省基础研究计划面上项目（20210302123020）； 山西省重点研发计划项
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本文针对传统MEMS振动陀螺在经历高过载过程无法存活且冲击前后参数变化大的问题，开展了抗高过载MEMS固体波动环形微机械陀螺设计、加工和测试方面的研究工作。首先，提出了全对称梁的陀螺结构形式，该结构能够有效的减小冲击过程在结构中造成的应力残留，配合止挡机构以及灌封技术能够提升陀螺在冲击过程中的存活能力，并在此基础上推导了陀螺的动力学方程和敏感轴冲击振荡运动函数，指出了敏感轴冲击模态的固有频率越高、品质因数越小则越有利于提高陀螺在敏感轴上的抗冲击特性。其次，利用有限元分析软件对陀螺结构进行了模态分析和冲击特性仿真，结果显示在15 000 g@10 ms的冲击作用下，陀螺的最大位移和应力分别为9.46μm和99.6 MPa,保证了陀螺结构具有较好的抗冲击裕度。再次，利用较为成熟的玻璃-硅键合和深硅刻蚀工艺实现了陀螺结构的加工，结合陶瓷封装实现了陀螺结构的真空封装，并基于驱动闭环和检测开环回路搭建了陀螺的测试系统。最后，在实验室环境下利用冲击台实现了对陀螺样机的冲击测试，冲击过程（脉宽0.6 ms）出现了多个5 000 g以上的峰值，最大峰值为16 050 g,陀螺响应时间约为1 s,冲击前后陀螺零位变化小于1%,验证了本文研制样机的抗过载能力。
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