轉(zhuǎn)子式陀螺電極結(jié)構(gòu)建模分析與檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、隨著慣性器件的發(fā)展，世界范圍內(nèi)展開了對(duì)于陀螺儀的研究。目前的轉(zhuǎn)子式微陀螺都存在著一定的問題，為了解決這些問題并獲得更高的精度，哈工大 MEMS中心提出了新型球碟-轉(zhuǎn)子式陀螺結(jié)構(gòu)。在陀螺系統(tǒng)中，電容檢測(cè)部分直接決定了器件的性能。本文針對(duì)球碟-轉(zhuǎn)子式陀螺的檢測(cè)電極電容展開了研究，目的為了提升陀螺系統(tǒng)的性能，改善差分電容檢測(cè)結(jié)果的線性度和靈敏度。
　　本論文中討論了用電容變化表征轉(zhuǎn)子位置變化的適用條件及存在誤差。對(duì)存在輸入角速度轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)

2、時(shí)的檢測(cè)電容進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。然后通過 Maxwell軟件對(duì)陀螺電極電容結(jié)構(gòu)建模仿真，對(duì)影響差分電容檢測(cè)結(jié)果的因素進(jìn)行了探討。針對(duì)電容的邊緣效應(yīng)進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了增加保護(hù)極板的解決方案。接著設(shè)計(jì)分析了電容檢測(cè)方案，檢測(cè)電路主要包括電荷放大、差分放大、相敏解調(diào)和低通濾波幾部分。推導(dǎo)各部分電路的傳遞函數(shù)，結(jié)合有限元仿真得到的電容值，通過 Multisim軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真，模擬了存在輸入角速度時(shí)輸出電壓隨轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)而改變的電容檢測(cè)過程。最后對(duì)陀

3、螺電容檢測(cè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證之前分析的結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理。
　　在研究中發(fā)現(xiàn)，用電容表征位置變化在位移較小時(shí)誤差才較小。影響差分電容檢測(cè)結(jié)果的因素中，較大的極板間距可以獲得良好的線性度，但會(huì)以損失靈敏度為代價(jià)；電極中心角度和內(nèi)外半徑直接影響了極板面積，綜合比較增大極板面積的參數(shù)選擇對(duì)于檢測(cè)結(jié)果更為有利；電極分配上，四電極方案相比于三、八電極方案更具優(yōu)勢(shì)，在完成信號(hào)檢測(cè)同時(shí)不會(huì)為信號(hào)處理增加額外的負(fù)擔(dān)。設(shè)計(jì)的保護(hù)電極結(jié)構(gòu)有效的減