【摘 要】
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传统单质量块陀螺仪结构简单,易于加工,但是由外界环境引起的共模干扰限制了其整体性能。在此基础之上,双质量块结构采用了差分检测的方式,能有效地消除环境等产生的共模信号。但是由于其工作模态的不对称性,陀螺仪的频率分裂大,导致检测模态的振幅相对较小。因此,本文针对四质量块的结构型式进行研究,在保持高环境鲁棒性的同时也使得结构有很高的对称性。本文提出了一种新型的结构解耦四质量块微陀螺仪的结构设计以及制备方
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传统单质量块陀螺仪结构简单,易于加工,但是由外界环境引起的共模干扰限制了其整体性能。在此基础之上,双质量块结构采用了差分检测的方式,能有效地消除环境等产生的共模信号。但是由于其工作模态的不对称性,陀螺仪的频率分裂大,导致检测模态的振幅相对较小。因此,本文针对四质量块的结构型式进行研究,在保持高环境鲁棒性的同时也使得结构有很高的对称性。本文提出了一种新型的结构解耦四质量块微陀螺仪的结构设计以及制备方法,采用梳齿电极的设计和推挽法的方式消除了静电驱动力的二倍频分量,并对折叠梁结构进行仿真分析和优化,通过二自由度的设计达到了理想的解耦效果。针对四质量块微陀螺仪的结构设计了可行的工艺方案并进行实际加工,采用SOI和阳极键合工艺,最终制作出四质量块陀螺仪样品,并在非真空封装完成之后对其进行了结构、解耦效果以及谐振频率扫描等测试。通过模态分析,陀螺仪的频率分裂为7Hz,表明其结构的高度对称性。谐响应分析下,驱动框架最大位移差为60.75nm,检测框架绕其中心的偏斜角度约为0.0357°,达到了理想的解耦效果,驱动、检测模态的热弹性阻尼Q值分别为64156.68和64105.25。谐振频率扫描测试得到的驱动频率为37～39k Hz,与理论仿真计算得到的驱动模态频率38653Hz相符,对陀螺仪样品的表征也验证了结构和工艺参数的可靠性。
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