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微机电陀螺在军用和民用领域都发挥着重要作用,广泛应用于消费电子、汽车安全和惯性导航等。本论文以本实验室研制的蝶翼式微陀螺为研究基础,设计了一种新型耦合机构来连接两个单独的蝶翼式敏感结构,实现了双蝶翼式敏感结构微机电陀螺原理样机制作,并围绕双蝶翼式敏感结构微陀螺的结构特点、加工工艺和测控电路展开了研究。主要内容包括:1、对国内外高性能陀螺进行了调研,给出了传统蝶翼式陀螺的改进方向,即全对称结构、多敏感质量块,多次差分。2、分析了哥氏力的产生与角振动陀螺的工作原理。对传统蝶翼式陀螺、切向力驱动蝶翼式陀螺、双蝶翼式敏感结构微陀螺的总体结构与工作原理分别进行了介绍,并着重分析了耦合连接机构的特性,研究了耦合机构对陀螺模态的影响,发现耦合机构能够增大同相运动模态频率,减小反相运动模态频率;最后推导了微陀螺所受到的切向驱动力矩与哥氏力矩,建立了双蝶翼式敏感结构微陀螺的动力学方程,得到了机械灵敏度的表达式;3、围绕双蝶翼式敏感结构微陀螺的矩形截面的结构特点,确定了使用深反应离子刻蚀(DRIE)进行硅结构的加工。分析介绍了DRIE工艺以及其存在的“负载效应”和“凹槽效应”,然后分别围绕这两个问题确定了微陀螺的加工方案,采用了“孤岛”式的掩膜版设计、采用金属铝作为刻蚀的掩膜和底膜。然后分别介绍了玻璃电极的加工工艺、阳极键合工艺,最后给出了陀螺原理样机的封装图。4、分析了各种微弱电容信号的检测方法,比较其优劣,并着重分析了本论文中采用的基于反相双高频载波的微弱电容检测技术,并分析了检测过程中各信息量的相位关系。然后分析了微陀螺的基于相位控制技术的自激励和基于PID控制技术的幅值稳定控制的闭环驱动方法,采用电子开关实现的角速度解调方法。最后介绍了由测得的电路参数反推计算陀螺实际工作参数的方法。5、陀螺性能测试。对陀螺样机进行了静态电容测试、模态测试、标度因数测试,零偏稳定性测试。测试结果表明,双蝶翼式敏感结构微陀螺能够实现预期的陀螺功能,两个陀螺样机分别能够达到111.0aF/°/s和104.2aF/°/s的机械灵敏度,并分别达到24.15°/h和23.75°/h的零偏稳定性。