本文深入论述了低成本高过载二维微机械陀螺的机理,根据动力学方程论证了陀螺的原理结构;给出弹性支撑梁扭转刚度、振动元件角振动阻尼系数,以及陀螺质量角振动固有频率、角振动幅度与被测角速度的关系;建立了动力学模型、敏感元件(硅摆)模型和误差模型,并进行计算机仿真试验,利用ANSYS设计软件进行了模态分析和频响分析。设计制作了陀螺敏感元件(硅摆)芯片、信号检测和处理电路。性能试验说明,低成本高过载二维微机械陀螺原理结构正确,能设计制作出实用化产品。研究成果申请中、美、英、德等国发明专利9项(已授权5项),获省部级科技进步奖3项,主要创新点(1)提出利用旋转体自身的旋转作为驱动力,实现陀螺无驱动部分,这种陀螺结构简单、成本低、可靠性高,能同时敏感旋转体的自旋、偏航和俯仰角速度,具有三个一般角速度陀螺的功能。(2)在芯片上设计差动检测电容器,实现能敏感三轴向角速度的敏感结构。(3)通过减振、树脂灌封和优化结构设计,陀螺能承受20000g以上冲击。(4)该陀螺可以很方便地由相位超前或迟后确定极性,载波相位与包络相位之差相当于舵机偏航或俯仰角,可直接用于舵机控制。
英文主题词silicon micromachined gyro; angular velocity sensor; angular velocity gyro