《基於納米減阻的球碟轉子式微陀螺基礎研究》是依託哈爾濱工業大學，由張海峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於納米減阻的球碟轉子式微陀螺基礎研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張海峰
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微機械陀螺由於具有體積小、抗衝擊和低成本等優點，在航空、航天、資源勘探等領域導航、制導、控制系統中具有非常廣闊的套用前景。當前微機械陀螺的工作原理和加工工藝制約著其性能的提高。利用納米技術、微納結合是提高微機械陀螺性能的重要途徑之一。本項目提出了一種納米減阻效應的球碟轉子式微陀螺，創新的將納米減阻技術與微慣性技術相結合，有望實現高性能的微陀螺。通過分析納米超疏減阻理論，研究超疏效應對轉子運動界面的粘附力、摩擦力和熱生成的影響，建立納米減阻效應和微機械陀螺性能之間的相關性。通過建立微陀螺的原理模型，研究新型球碟轉子式微陀螺結構設計、微結構的跨尺度製造、穩定驅動和微弱信號檢測等關鍵技術，完成基於納米減阻效應的微陀螺原理驗證。本課題研究成果為提高MEMS陀螺性能奠定理論基礎，同時也會對MEMS器件的減阻具有重要的參考價值。
結題摘要
慣性器件是導航與控制系統的核心器件之一，MEMS慣性器件已經成為慣性器件極為重要的組成部分之一。微機械陀螺由於具有體積小、抗衝擊和低成本等優點，在航空、航天、資源勘探等領域導航、制導、控制系統中具有非常廣闊的套用前景。振動式微陀螺往復運動的工作原理決定了其質量塊線速度較低，限制了器件性能的提高。近年來，人們希望通過研製轉子式微陀螺來提高質量塊的線速度，以提高器件的性能。但由於轉子的旋轉穩定性難以控制，其性能指標還不如振動式微陀螺。當前微機械陀螺的工作原理和加工工藝制約著其性能的提高。利用納米技術、微納結合是提高微機械陀螺性能的重要途徑之一。 本項目提出了一種納米減阻效應的球碟轉子式微陀螺，創新的將納米減阻技術與微慣性技術相結合，有望實現高性能的微陀螺。建立了一種適用於球碟轉子式微陀螺的高速、穩定電磁驅動方法。通過研究微陀螺穩態旋轉過程中的力矩平衡關係，結合磁路分析和驅動系統結構和驅動策略的最佳化，解決了傳統轉子式微陀螺驅動力矩過小，無法克服液浮支撐結構阻力矩的問題。球碟轉子式微陀螺的轉速控制誤差小於0.03‰；在轉速為10000rpm時，經過驅動方法最佳化，器件的穩態功耗降低了89.86%，總功耗小於0.5W。器件的加速時間縮短了34.00%，其啟動時間小於3.25s。通過分析納米超疏減阻理論，研究超疏效應對轉子運動界面的粘附力、摩擦力和熱生成的影響。建立了固-液界面的微阻力原位測量裝置，實現了μN量級的阻力的測量。在多種基底材料上製備出了超雙疏表面，超疏表面的減阻率達到了30-40%。提出了一種連續時間的微陀螺微弱信號檢測方法，通過對微陀螺的實驗測試分析，揭示了納米減阻效應和微機械陀螺性能之間的相關性。微陀螺的靈敏度為98.3mV/(°/s)、解析度為0.1°/s、線性度為0.85% FS、偏置穩定性為0.5°/h。完成基於納米減阻效應的微陀螺原理驗證。本課題研究成果為提高MEMS陀螺性能奠定理論基礎，同時也會對MEMS器件的減阻具有重要的參考價值。
