MEMS微陀螺儀振動分析.pdf

1、隨著人類對MEMS微陀螺儀的探索日益深入，作為一類新興發(fā)展的慣性傳感器，它的發(fā)展和應用正受到廣泛關注和重視。本文針對微機械振動陀螺儀的機-電耦合振動問題進行研究，主要內(nèi)容如下。
　　首先，分析了一硅微機械振動陀螺儀的結構與工作機理，將其簡化成質(zhì)量-彈簧-阻尼器力學模型，建立振動微分方程。通過驅動模態(tài)和感應模態(tài)的運動，揭示了微陀螺儀設計過程中模態(tài)匹配的重要性。然后，分析了由于加工非理想性產(chǎn)生的不等彈性、阻尼不對稱和質(zhì)量不平衡產(chǎn)生誤差

2、的信號，建立了機械耦合誤差信號和數(shù)學模型，并定量分析了z軸硅微陀螺儀的機械耦合誤差信號。結果表明，機械耦合誤差信號包含了正交耦合誤差與有用信號同相位的誤差信號，其中正交耦合誤差為主要誤差信號，且主要由不等彈性產(chǎn)生。
　　針對微陀螺儀設計中可能存在的機械耦合誤差設計了一種三自由度的MEMS振動微陀螺儀，即驅動方向為一個自由度、感應方向為兩個自由度，此設計能夠大大減少機械耦合誤差，同時提高精度。對該三自由度微陀螺儀的設計思想、結構設計

3、、動力學方程及運動進行分析，給出了在機電耦合下的動力學特性。將上述振動模型加入電場中，使得此模型不僅受到由機械力產(chǎn)生的運動，更有可能受到來自電場的耦合干擾。通過分析加入電場力后的模型輸出響應，得到輸出電壓和輸入角速度的關系，同時通過改變模型的結構來對整個器件進行優(yōu)化，以使干擾最小。同時，對三自由度微陀螺儀在靜電場力下的非線性振動進行分析，得到了穩(wěn)定的工作頻率范圍。
　　最后，為解決該設計可能出現(xiàn)的機電耦合缺陷，本文在驅動框的外側設