《高性能矽基薄殼微半球諧振陀螺儀研究》是依託東南大學，由夏敦柱擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高性能矽基薄殼微半球諧振陀螺儀研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：夏敦柱
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在具備中高性能和全形模式下無角速度積分誤差等優越指標基礎上，進一步實現慣性級傳統半球諧振陀螺儀微型化。本課題採用高頻信號激勵半球諧振器，充分利用其體駐波能量耗散小、熱彈性阻尼小及品質因數高等優點,且在哥氏效應下驅動檢測兩簡併模態完全匹配可顯著提高靈敏度和保證必需頻寬，創新研究一種兼備高性能半球陀螺儀和集成化矽微陀螺儀優點的新型陀螺儀。為此，本課題綜合運用三維矽微機械加工技術和傳統半球諧振陀螺儀原理，提出研究一種微加工組裝下的高深寬比全新微半球諧振陀螺儀，其核心部件採用三維矽基加工設計的亞微米級超薄等厚半球諧振器和內外環形對稱電極結構，利用微組裝提高駐波腹點與電極對準精度，降低球殼與內電極關鍵部件組裝誤差，引入納米吸氣劑實現晶片級真空封裝。在全形模式和速率模式下，分別構建半球諧振陀螺諧振子驅動和敏感檢測電路仿真模型和裝調高精度低噪聲測控電路，進行性能規範測試最終完成微半球諧振陀螺儀機理研究。
結題摘要
陀螺儀是在慣性空間測量運動體旋轉角度或角速度的感測器，是除加速度計以外慣性感測器家族的另一個重要大類。在當前的陀螺儀套用中，高精度陀螺儀方面主要有兩類：一類是基於薩格奈克效應的各種光學陀螺儀，包含環形雷射陀螺儀和光纖陀螺儀等；另一類是基於哥氏效應的諧振陀螺儀，其中精度最高、最具有發展前景的即為半球諧振陀螺儀。矽微機械（MEMS）陀螺儀憑藉其所具有的體積小、重量輕、成本低、功耗低且可集成等優點，已經逐步取代了其他類型的陀螺。未來慣性感測器的發展方向可以概括為：高精度、高可靠性、微型化、多軸測量和多功能測量。本項目的研究內容是實現傳統半球諧振陀螺儀的微型化，在充分研究分析其工作原理的基礎上，創新地研發出一種兼具傳統半球諧振陀螺儀高精度的特點和MEMS陀螺儀體積小功耗低等優點的新型微半球諧振陀螺儀。本項目系統分析微半球諧振陀螺儀的工作原理，建立微半球諧振子數學模型，通過Ansys等仿真軟體，對能量損耗機理進行分析，最佳化整體結構。並根據現有MEMS加工工藝設計一套加工工藝流程，加工過程中對工藝參數進行最佳化並改進結構參數，保證加工過程中微半球諧振子球度及光滑度。同時，根據微半球諧振陀螺儀工作機理仿真設計相應處理電路，運用Matlab/Simulink軟體對電路進行仿真最佳化，完成處理電路製作。初步搭建微半球諧振陀螺儀樣機，對模態進行測試，為以後的研究工作奠定了堅實的基礎。通過本課題的研究，不僅鍛鍊了研究隊伍，而且還培養了博士碩士研究生，為培養學科發展和基礎研究的後備人才提供了積極的作用。
