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利用ABAQUS的陀螺球模态分析


CAD/CAE/CAPP/CAM

现代制造工程2009年第6期

利用ABAQUS的陀螺球模态分析+
刘芳华,卢道华 (江苏科技大学机械工程学院,镇江212003)
摘要:利用ABAQUS软件对某陀螺仪进行模态分析。采用i维实体单元离散陀螺球,建立有限元分析模型。分析该陀 螺球的前六阶固有频率及振型,为陀螺球响应分析提

供重要的模态参数,同时也为结构的改进设计提供理论依据。 关键词:陀螺仪;模态分析;有限元分析;ABAQUS软件 中图分类号:THl2文献标识码:A文章编号:1671—-3133(2009)06—0035—03

Modal

analysis of the spherical gyroscope based
LIU Fang—hua.LU Dao—hua

on

ABAQUS

(Department

of Mechanical Engineering,Jiangsu University of Science and

Technology,Zhenjiang 212003,Jiangsu,CHN)
Abstract:The entity units
to

modal analysis has been carried

on

the ships gyroscope using the

ABAQUS

software.Uses

the three dimensional

separate gyroscope bali,has established the top ball finite element analysis model.Has analyzed this gyroscope ball vibration.has provided the important modal parameter for the top ball response
structure
a.

first six step natural frequency and the mode of

nalysis,and simultaneously has also provided the theory basis for the
Key

improvement design.

words:gyroscope;modal

analysis;finite element

analysis;ABAQUS

0引言
陀螺仪惯性系统为舰艇航行与舰载设备提供基 准信号,其原理是利用惯性敏感器、基准方向及最初 的位置信息来确定运载体的方位、位置和速度的自主 式航位推算导航系统。它由惯性系统、测量装置、计 算机、显控装置及专用精密电源等组成。模态分析是 用来确定一个结构的振动特性,即固有频率和振型。 固有频率和振型是承受动态载荷结构设计中的重要 参数,在现代设计中具有非常重要的意义¨.z-。 本文以ABAQUS和HyperMesh软件为平台,以某 陀螺球内球为研究对象,分析其前六阶固有频率及振 型,为陀螺球响应分析提供重要的模态参数,同时也 为结构的改进设计提供理论依据。


元,其他的实体零件选用实体单元模拟。经过上述分 析和简化,最终模型包含85768个节点,167224个单 元,利用ABAQUS求解。划分网格后的模型如图l所 示,球内各部件之间采用面与面接触的装配关系。

2模态分析技术
本文主要介绍解析模态分析技术。解析模态分 析需要已知结构的几何形状、边界条件和材料特性, 把结构的质量分布、刚度分布和阻尼分布,分别用质 量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵表示出来,通过这些信 息来确定系统的模态参数,模态参数可以完整地描述 系统的动力学特征。模态分析的关键在于得到振动系 统的特征向量,也可称为特征振型或模态振型。对于本 文分析的陀螺球结构,该系统的运动方程为:

陀螺球有限元模型的建立
考虑到陀螺球几何模型的复杂性,故在三维Pro/

[M]{鼙}+[C]{圣}+[K]{菇}={八t)}
………………………………………………(1) 式中:[肘]为质量矩阵;[c]为阻尼对称方阵;[K]为 刚度对称方阵;{菇},{宕},{赫}分别为位移、速度和加 速度向量;{以t)}为系统所受外载荷向量。

E软件中建立陀螺球的几何模型,然后导入Hy— permesh软件中划分网格。内球球壳采用实体壳单

?海军武器装备预研项目(4010305020303) 35

万方数据

现代制造工程2009年第6期

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由特征方程IZ(s)I一0,可以得到系统特征方程 的根,即系统极点,这些系统极点又称为系统的特征 值,它们决定了系统的共振频率。而每一个系统特征 值A都对应着一组特征向量{咖l,这些特征向量具有 正交性,即有如下关系:

…T[M]…:fu

睁g
r 2

Lmr



…T[K]…:{?


睁g


L拓,

2q

式中:{咖。}、{咖,}分别为第g、r阶特征向量;m,、k,分 别为第r阶模态质量和模态刚度。 将n个特征向量也按列排成一个凡×n阶矩阵, 称此矩阵为振型矩阵[咖],即:

[咖]=[(b。咖:‘b,…‘b。]……………………(10)
由式(10)可以看到振型矩阵[西]将耦合在一起 的模态刚度、模态质量及模态阻尼均解耦,由此便可 以得到各阶模态的模态参数。

3陀螺球模态的结果分析
图1 陀螺球的有限元模型

对陀螺球进行强度分析的同时,还要考虑其合理 的动态特性,以达到控制振动与噪声的目的。有限元 模态分析和试验模态分析方法是辨识陀螺球的结构 动态性能的一种有效手段,在陀螺球动态性能研究中 起着非常重要的作用。陀螺球在各种振动源的激励 下会产生振动,如果这些振源的激励频率接近于球的 固有频率,便会引起共振现象,造成结构破坏。为提高 陀螺球的耐久性和可靠性,必须对内球结构的固有频率 进行分析,通过结构设计避开各种振源的激励频率。 在进行模态分析时,因结构阻尼较小,对固有频 率和振型影响甚微,故忽略不计。而内球一般只需要 计算较低的几阶频率(高阶振型对结构的动力特性影 响很小),就可直接对结构设计进行评价。 模态分析时用BlockLanczos法提取其前六阶弹性 模态(忽略球的刚体模态),固有频率如表1所示,对 应的振型如图2~图7所示。
表l 陀螺球的前六阶固有频率

设系统初始状态为零,对式(1)进行拉氏变换: {s2[M]+s[C]+[K]}{X(s)}-[Z(s)]{X(s)}_ {F(s)} …………………………………(2)

[Z(s)]={[M]s2+[c]s+[K]}…………(3)
式中:s为拉氏变换因子。 式(3)反映了系统动态特性,称为系统动态矩阵

或称为广义阻尼矩阵,其逆矩阵[H(s)]为:
[H(s)]=[Z(s)]~…………………………(4) 式(4)是系统的传递函数矩阵,由式(3)、式(4) 可以得到: {x(∞)}=[H(∞)]{F(∞)}………………(5)

式中:[日(∞)]为频率响应函数矩阵,[日(n,)]矩阵中
的第i行第.,列元素日ii为: 日i=Xi(cl')/Ff(cD)…………………………(6) 式(6)表示仅在_『坐标激励时(其余坐标为零),i

坐标的响应与激振力之比。在式(3)中令s=如,可以
得到阻抗矩阵[Z(∞)]为:

[z(∞)]=([K]一∞2[M])+如[C]………(7)
同样,由式(4)可以得到:

[H(to)]=[z(甜)]~={([K]一∞2 EM])+
知[C]}~………………………(8)

万方数据

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扭转振动,在所有振型中这一振型对陀螺转子伺服系 统的影响最大。垂直环的第1阶模态固有频率为 742.18Hz,与陀螺球内球的第5阶模态固有频率 758.33Hz接近,容易发生共振,在设计时应该避免。

4结语
对内球进行有限元模态分析,得到内球结构的固 有频率与固有振型,不仅可以反映结构的动刚度特 性,还是分析结构动力响应和其他动力特性问题的基 础,可以帮助产品设计师在设计中避开这些频率或最 大限度地减小对这些频率的激励,从而消除过渡振动 和噪声,同时也为结构的改进提供理论依据。
参考文献: [1] 许江宁,边少锋,殷力吴.陀螺原理[M].北京:国防 工业出版社,2005.

[2]
[3]

袁利,田自耘,郭素云.液浮陀螺仪浮子组合件动力 学分析[J].中国惯性技术学报,2001,3(1). 梁迎春.惯性系统三轴综合测试台结构动态特性计 算及实验研究[J].中国惯性技术学报,1996,4(1).

[4]
[5]

王广雄.控制系统设计[M].北京:宇航出版社,1992. 韦俊新,刘德钧.长寿命、低功耗、低噪声液浮陀螺仪 技术分析[J].中国惯性技术学报,2003,1l(5).

[6]

韦俊,张俊.液浮陀螺仪可靠性分析[J].中国惯性 技术学报,2004,12(4).

作者简介:刘芳华。副教授,主要研究方向:机械电子工程,计算机 信息处理与控制。多体理论与控制。
E—mail?eylthua@163.coin

收稿日期:2008—10-28 37

万方数据

利用ABAQUS的陀螺球模态分析
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 引用次数: 刘芳华, 卢道华, LIU Fang-hua, LU Dao-hua 江苏科技大学机械工程学院,镇江,212003 现代制造工程 MODERN MANUFACTURING ENGINEERING 2009,(6) 0次

参考文献(6条) 1.许江宁.边少锋.殷力吴 陀螺原理 2005 2.袁利.田自耘.郭素云 液浮陀螺仪浮子组合件动力学分析[期刊论文]-中国惯性技术学报 2001(1) 3.梁迎春 惯性系统三轴综合测试台结构动态特性计算及实验研究 1996(4) 4.王广雄 控制系统设计 1992 5.韦俊新.刘德钧.李德才.凌林本 长寿命、低功耗、低噪声液浮陀螺仪技术分析[期刊论文]-中国惯性技术学报 2003(5) 6.韦俊.张俊 液浮陀螺仪可靠性分析 2004(12)

相似文献(9条) 1.期刊论文 魏冬.张志杰.WEI Dong.ZHANG Zhi-jie 微机械陀螺仪模态分析 -传感器与微系统2007,26(4)
利用计算机软件对有限元法构建的微机械陀螺仪模型进行分析可以掌握其各种参数.根据静电梳状驱动结构,设计符合性能指标的陀螺仪结构,并利用 有限元分析法借助ANSYS软件对陀螺仪进行模态分析,从而得出陀螺仪的驱动模态和敏感模态,为已经设计的结构提供分析和修正的参考,从而提高微机械 陀螺仪设计结构的品质因数.

2.学位论文 裘安萍 硅微型机械振动陀螺仪结构设计技术研究 2001
硅微型机械振动陀螺仪是用于角速率检测的一类新型传感器。由于目前市场对低成本、高可靠性以及微型化的角速率传感器需求,因此硅微型机械 陀螺仪已成为MEMS器件中一个倍受关注的领域和研发热点。并且预测在今后的几年内,硅微型机械振动陀螺仪也将会作为又一种成熟的硅微惯性敏感器 件,广泛应用于诸多领域。本文针对硅微型机械振动陀螺仪的结构设计进行一些较深入地研究与分析。 1.硅微型机械振动陀螺仪的动力学分析。 介绍了不同尺寸微结构所遵循的力学规律,还介绍了振动轮式陀螺仪和双线振动陀螺仪的结构与工作机理,建立了这两种结构的动力学方程式。根据动 力学方程式,详细分析了驱动模态和检测模态的运动规律。指出驱动模态和检测模态的运动规律都是衰减运动和简谐振动的复合运动;对于某一给定结 构,在不同的阻尼系数下,衰减运动的时间是不同的。同时还得出了驱动力、驱动模态振动信号以及检测模态振动信号之间的相位关系,为驱动电路与 检测电路的设计奠定基础。并且还指出陀螺仪的机械品质因数与衰减运动时间是相互存在矛盾的。 2.微结构的阻尼。在不同的环境压力下,作用 在微结构上的阻尼机制不同。在第一压力区域,作用在微结构上的阻尼包括摩擦阻尼和材料阻尼。并且指出摩擦力不仅与产生粘着力的接触面积以及外 加载荷有关,而且还与固体表面的形貌有关。而材料阻尼主要是由硅材料的原生缺陷和加工中诱生的缺陷产生能耗的结果。在第二个区域中,阻尼主要 是由气体分子与振动结构的碰撞而产生。而第三个区域的阻尼主要是由气体分子之间的相互碰撞而产生的。根据第二压力区域与第三压力区域阻尼产生 的机制,并利用流体力学、非平衡热力学和统计物理学,分别讨论了平板型结构和弧线型结构的剪切阻尼以及挤压阻尼。 3.硅微机械振动陀螺仪 的驱动机理。分析了线振动型电容驱动方式和轮式振动型电容驱动方式的工作机理。首先建立了线振动驱动方式的静电场有限元模型。在此基础上采用 Maxwell法对静电驱动力与梳齿的长度、交错部分长度、梳齿宽度、梳齿间距以及梳齿的厚度之间的关系进行了研究。并得出以下结论:i)在接近水平线 的工作区域,静电驱动力与交错部分的长度无关。且随着梳齿长度的增加,静电驱动力的非线性度增加:ii)指出在一定结构尺寸下,通常选择齿宽尽可 能小,以增加齿数来增大静电驱动力;iii)随着梳齿间距的减小,工作区域的静电驱动力的稳定性越好;iv)随着厚度的增加,仿真值与理论值越接近。 其次建立了轮式振动驱动方式的静电场有限元模型,采用Maxwell法对静电驱动力矩与梳齿的半径以及梳齿的转角之间的关系进行了研究。并得出以下结 论:i)静电驱动力矩的大小与梳齿半径的变化近似为线性关系;ii)静电驱动力矩在0.6~2.1度之间能够保持较好似的稳定性,且与转角大小无关。 4.硅微型机械振动陀螺仪的结构设计与分析。针对硅微型机械振动式陀螺仪的结构设计进行了较全面的分析。首先,推导了几种支撑梁结构形式的弹性 系数计算公式。并且指出合理设计支撑梁的弹性系数,可以保证所需要的驱动模态和检测模态,抑制其它的振动模态。其次,分析了谐振频率与机械灵 敏度、稳定时间以及带宽之间的关系。指出驱动模态和检测模态的谐振频率之间的轻度不匹配可以提高带宽而减小机械灵敏度的损失。第三,分析了对 驱动模态和检测模态的阻尼系数。并采用有限元方法对阻尼孔的开设与检测电容量之间的关系进行了仿真。指出在相同面积比下,阻尼孔的增加,可以 减少电容的损失量。最后,讨论了加工工艺对结构设计的影响。

3.期刊论文 李明.周百令.LI Ming.ZHOU Bailing 改进型硅微振动轮式陀螺仪有限元模型与结构性能研究 -中国惯 性技术学报1999,7(2)
由于改进型硅微振动轮陀螺仪的结构性能要求和特殊的制造工艺,在设计阶段必须对其进行详细的结构性能分析.本文建立了该陀螺仪的三维有限元 模型,分析计算了其基本模态.通过研究其谐响应,确定了频率、振幅和灵敏度的关系.

4.学位论文 嵇海平 面向汽车安全的微型半球振动陀螺关键技术研究 2006
通过对各种微型谐振陀螺仪的分析比较,提出了一种新型微型半球谐振陀螺仪。该陀螺在驱动、感测与平衡补偿上采用具有高灵敏度、低能量消耗 的电容,并结合谐振体高品质的特性,有相当优异的表现:振动式陀螺仪一般都是用来感测转速,而轴对称壳式陀螺仪由于轴对称的因素,不仅可以用 来感测转速,而且可以感测物体的转角,并且避免了由于积分而带来的积累误差。本文主要是在半球连续振动特性的基础上,对陀螺仪的驱动及感测方 法、非轴对称的补偿方法及感测极限进行研究,并详细介绍其控制回路与其参数的设计,为以后电路设计和面向汽车安全的应用打下了坚实的理论基础 。 通过对谐振主体进行有限元分析得出:四波腹振动模态为陀螺谐振主体的工作模态,同时找出了影响其振动特性的结构参数。 利用已知 物体在非旋转状态下的固有频率和振形,求得以等角速度旋转物体的转速量测的方法,并得出计算公式。 在非轴对称的情形下,利用四个平衡电 极来进行补偿,并通过灵敏度法来求得四个平衡电压值的大小。 在控制回路中,利用锁相回路来追踪工作频率,用振幅控制回路来控制驱动力 ,用补偿控制回路调节平衡,用感测回路进行感测,并且利用各分系统的仿真图设计出系统参数。 最后结合谐振体振动特性和感测极限分析的结 果以及实际加工要求,设计出该型陀螺的各项参数,并且得出陀螺仪特性参数。

5.期刊论文 郭宏宾.赵玉龙.蒋庄德.GUO Hong-bin.ZHAO Yu-long.JIANG Zhuang-de 微机械轮式陀螺仪的结构分析 -微纳电子技术2007,44(7)
以轮式陀螺仪为研究对象,利用有限元方法分析了主要结构尺寸对其固有频率的影响.根据驱动模态和敏感模态的频率匹配,优化了陀螺的结构尺寸 ;通过谐响应分析确定了频率和振幅的关系,为结构设计和制备工艺提供了理论指导.

6.期刊论文 沈博昌.伊国兴.任顺清.王常虹.方针 半球谐振陀螺仪谐振子振动特性的有限元分析 -中国惯性技术学 报2004,12(6)
应用ANSYS软件对半球谐振陀螺仪谐振子的振动特性进行了有限元分析,建立了ψ型半球壳谐振子的有限元模型,计算出了谐振子的固有频率及振型 .在理论分析的基础之上,提出了对于ψ型半球壳谐振子的结构设计的合理建议.

7.会议论文 郭宏宾.赵玉龙.蒋庄德 微机械轮式陀螺仪的结构分析 2007
以轮式陀螺仪为研究对象,利用有限元方法分析了主要结构尺寸对其固有频率的影响.根据驱动模态和敏感模态的频率匹配,优化了陀螺的结构尺寸 ;通过谐响应分析确定了频率和振幅的关系,为结构设计和制备工艺提供了理论指导.

8.学位论文 李明 硅微惯性敏感器设计分析与数值模拟研究 2000
硅微惯性敏感器作为一类新兴的微型机电系统(MEMS),具有广泛的军事应用背景和巨大的商业价值。硅微惯性敏感器的制作多数采用与集成电路相 兼容的半导体加工工艺,制造工艺尚不成熟,设计理论也不完善,目前仍处于探索阶段。计算机辅助工程(CAE)是目前发达国家在进行高层次产品设计中 普遍采用的先进工程分析计算方法。借助先进的计算机软、硬件,和数值仿真算法程序,可为设计者提供直接的“虚拟样机”模型和计算机实验数据。 在设计阶段模拟产品的实时工作状况,及时发现产品潜在的设计缺陷,进行优化设计,并能在设计阶段较准确的检验产品的各项性能指标,显著减少设 计与制造成本。本文尝试应用CAE技术,采用有限元方法,进行硅微惯性敏感器设计分析和数值模拟研究 1.硅微惯性敏感器结构有限元模型的建立 。针对硅微惯性敏感器的结构特点,采用三维实体单元,建立了Ⅰ型、Ⅱ型单自由度振动轮式陀螺仪,两自由度振动轮式陀螺仪和硅微折叠梁式加速度 计的结构有限元模型:采用平板薄壳单元建立了硅微扭摆式加速度计的有限元模型。 2.硅微惯性敏感器的模态分析和刚度设计。通过模态分析和 优化结构,确定了符合模态振型和频率要求的Ⅰ型、Ⅱ型单自由度陀螺仪和两自由度振动轮式陀螺仪的结构尺寸和刚度。硅微扭摆式加速度计的模态分 析结果表明,其工作频率较低,使用范围受到限制:而折叠梁式加速度计的工作频率大大提高,通频带较宽。提出了用于评价隔离式振动轮式陀螺仪模 态耦合程度的解耦系数。针对振动轮式陀螺仪支承梁部分刚度设计的难点,提出采用经验公式来进行计算。通过大量仿真,得到了在典型的长度,宽度 和厚度条件下支承梁的刚度计算经验公式的修正系数。研究了修正系数与结构各尺寸参数的变化规律,大大提高了设计效率。 3.硅微惯性敏感器 动响应分析。系统对Ⅰ、Ⅱ型陀螺仪,两自由度陀螺仪和两种硅微加速度计进行了的动响应研究。分析比较了在不同冲击加速度下的结构动响应,确定 了各型陀螺仪,加速度计的最大耐冲击能力。研究了振动轮式陀螺仪谐振频率和灵敏度的关系。计算结果表明驱动模态频率和敏感模态频率微小的频率 差将大大降低陀螺仪的灵敏度。通过调节驱动频率可较大幅度提高振动轮式陀螺仪的灵敏度。该方法简单可行,但提高灵敏度的效果是有限的。论文指 出解决此问题的根本方法是实现两个 频率的动态匹配。在有限元模型上模拟并验证了采用直流偏置电压调整法可调节敏感模态的谐振频率,使之与驱动 模态谐振频率动态匹配,从而使陀螺仪灵敏度达到理想的最人值。定最计算了型陀螺仪谐振频率和灵敏度与直流偏置电压的关系,确定了达到完全振所 需加载的直流电压值。研究了振动轮式陀螺仪的线性特征,构造了有限元求解的迭代算法,定量计算表明振动轮式陀螺仪随输入角速度变化而产生严重 的非线性输出。提出采用自动增益控制(AGC)方法控制驱动幅值以消除非线性影响。 4.硅微惯性敏感器静电场问题分析。立了硅微振动轮陀螺仪叉 齿驱动的静电场有限元模型,得到了型陀螺仪梳状驱动器的静电驱动力矩的数值解。数值计算结果发现在一定范围内电场贮能与角位移成线性关系,静 电驱动力的大小与角位移无关;当动齿和静齿电极端部很接近时,静电吸力剧幅增加,呈现明显的非线性特征.指出对于I型陀螺仪的叉齿,周向位移的 允许值δ<,peam>.为最大周向间隙δ<,max>的2/3。同时进一步讨论了数值解的精度问题,证明了基于电场贮能的算法精度最高。研究并定量计算了阻 尼孔对电容信号器的影响,发现开设适当的阻尼孔对信号器电容量的影响是有限的。只要工艺允许,在相同面积比下,孔的密度越大,电容损失越小 ,因此提出采用骨架型结构.研究分析了静电驱动的“悬浮”效应,提出了计算振动轮式谐振器静电悬浮力的近似计算公式,定量计算了型陀螺仪梳状 驱动器的总静电悬浮力。由此指出梳齿驱动电极布置的对称性特别是相对于输出轴的对称性十分重要。当梳状电极用于闭环检测时.必须考虑悬浮效应 ,不能随意布置。 5.温度对硅微惯性敏感器性能的影响研究。分析了温度变化引起的硅材料主要特性的变化。采用间接耦合法,在0 ℃100 ℃范 围内定量计算了I型陀螺仪的驱动模态和敏感模态的固有频率,以及驱动角振幅的变化。分析计算了在硅-硅键合和硅-玻璃键合两种情况下的热应力。采 用应力释放槽可明显减小和改善热应力的分布。定量分析计算了I型陀螺仪在不同偏心,不同位置,以及不同线膨胀系数下的稳态输出误差。以 Raleigh阻尼模型为基础,研究了单纯考虑结构阻尼时温度对品质因数的影响。

9.学位论文 施芹 提高硅微陀螺仪性能若干关键技术研究——正交误差与杂散电容分析研究 2005
随着对微电子机械系统(MEMS)的深入研究和取得的进展,以及目前市场对低成本、高可靠性以及微型化角速率传感器的需求,硅微机械陀螺仪已成 为过去近二十年内广泛研究和发展的主题。并且预测在今后几年内,硅微机械陀螺仪将会成为又一种成熟的硅微惯性敏感器件,广泛应用于诸多领域。 目前,硅微机械陀螺仪还主要用于中低精度场合,由于高精度应用场合对其的需求,所以需要研发出高性能硅微机械陀螺仪。硅微机械陀螺仪一般 是一次成型,无法修正,且相对误差较大,这对硅微机械陀螺仪的性能有很大的影响。因此,合理的设计陀螺仪结构,使加工误差对陀螺仪性能有较小 的影响,则显得更为重要。本论文以提高硅微机械陀螺仪性能为目的,对正交误差以及机电接口间的杂散电容进行了研究与分析,研究的主要内容如下 : (1)正交误差的理论分析正交误差主要是由原理性误差和加工误差引起的。根据硅微机械陀螺仪的动力学方程式分析了原理性误差,并以刚度矩 阵理论为基础详细分析了由加工引起的正交误差,结果表明由加工产生的正交误差远大于原理性正交误差。指出减小支承梁和弹性系统的驱动和敏感方 向的耦合刚度系数可大大减小由加工带来的正交误差。 (2)支承梁的设计原则利用能量法,推导了折叠梁的刚度系数,并提出了其设计原则。列举 了蟹角梁、U形梁以及方波梁的结构形式和刚度公式,并总结了刚度公式的一般规律。从减小正交误差的角度,给出了硅微机械陀螺仪支承梁的设计原则 。 (3)机电接口模型的分析根据硅微机械陀螺仪的加工版图,分析机电接口间的电容、电阻,并根据版图结构和电容分布情况,建立了硅微机械陀 螺仪的机电接口模型。对机电接口模型中的电容、电阻详细地进行了理论分析,指出杂散电容和电阻与有用信号之间的关系。最后,根据分析结果提出 了布线原则。 (4)z轴硅微机械陀螺仪结构改进以z轴硅微机械陀螺仪SZGl的力学模型为基础,建立了有加工误差时的动力学方程式和正交误差的数 学模型,得出正交误差与刚度系数以及品质因数之间的关系。对原有的折叠梁进行结构改进和参数优化,并提出了横梁组件的设计原则。完全对称布置 陀螺仪的引线,并采用新工艺进行加工,以减小机电接口噪声。 (5)仿真与实验首先根据模态分析和动力学分析的基本理论,对SZG1-2<'#>陀螺 仪进行了模态分析,并在此基础上,分别对SZGl-1<'#>和SZGl-2<'#>陀螺仪进行了动力学分析,得出相同加工误差时的正交位移。设计并研制了SZGl2<'#>陀螺仪样品,分别对SZGl-1M<'#>和SZGl-2<'#>陀螺仪样品进行实验测试。根据实验结果,给出了SZGl-1<'#>和SZGl-2<'#>驱动轴的幅频特性 ,计算了驱动模态的品质因数。采集了零输入时,SZGl-1<'#>和SZGl-2<'#>输出信号经过前置放大器后的输出以及最后的直流输出,本文主要从结构 设计的角度,针对减小正交误差和杂散电容,提出了相关的结构设计原则,它们对硅微机械陀螺仪结构设计有一定的指导作用。以结构设计提高陀螺仪 性能的方法相对其它方法具有耗资少、周期短等特点。影响硅微机械陀螺仪性能的因素很多,如加工、结构、电路、封装等。因此,必须对这些影响因 素进行深入的研究与分析,提出解决方法,才能有效的提高硅微陀螺仪的性能。

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jxgys200906009.aspx 下载时间:2009年10月27日


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