摘要：本文针对传统MEMS振动陀螺在经历高过载过程无法存活且冲击前后参数变化大的问题,开展了抗高过载MEMS固体波动环形微机械陀螺设计、加工和测试方面的研究工作。首先,提出了全对称梁的陀螺结构形式,该结构能够有效的减小冲击过程在结构中造成的应力残留,配合止挡机构以及灌封技术能够提升陀螺在冲击过程中的存活能力,并在此基础上推导了陀螺的动力学方程和敏感轴冲击振荡运动函数,指出了敏感轴冲击模态的固有频率越高、品质因数越小则越有利于提高陀螺在敏感轴上的抗冲击特性。其次,利用有限元分析软件对陀螺结构进行了模态分析和冲击特性仿真,结果显示在15 000 g@10 ms的冲击作用下,陀螺的最大位移和应力分别为9.46μm和99.6 MPa,保证了陀螺结构具有较好的抗冲击裕度。再次,利用较为成熟的玻璃-硅键合和深硅刻蚀工艺实现了陀螺结构的加工,结合陶瓷封装实现了陀螺结构的真空封装,并基于驱动闭环和检测开环回路搭建了陀螺的测试系统。最后,在实验室环境下利用冲击台实现了对陀螺样机的冲击测试,冲击过程(脉宽0.6 ms)出现了多个5 000 g以上的峰值,最大峰值为16 050 g,陀螺响应时间约为1 s,冲击前后陀螺零位变化小于1%,验证了本文研制样机的抗过载能力。

摘要：为了有效解决超市中出现的排队等待结账难、手推购物车不方便、寻找目标商品难等问题,设计了基于超高频率射频识别技术和超宽带室内定位技术,并辅以手机网页和云端大数据库完成的智能购物车系统,在车载自助结账系统、购物车智能跟随系统、云端大数据库自主导航系统3个方面做了突破。首先,顾客进入到超市之后,只需要扫码领取一辆智能购物车,然后便可以在手机上完成对购物车的操控,同时手机的网页也会实时显示顾客的购物信息,最后,顾客不再需要排队等待结账,只需要在手机网页上完成支付即可。设计结果表明,智能购物车可以有效解决超市中存在的问题,实现购物过程的全自助。设计方案可应用于智能超市,取代传统超市的人工结账和导购,可以有效缓解超市人员的工作压力。

摘要：以一种电容式全对称S形弹性梁硅基环形波动陀螺仪为对象,对其正交误差进行了相关的研究,以提升MEMS环形陀螺仪的精度。首先,介绍了环形陀螺仪结构,同时以此结构为基础分析了正交误差产生的原因及影响;然后,对环形陀螺仪检测通道的输出信号进行量化分析,并根据正交力校正法设计了环形陀螺仪的正交误差补偿系统;最后,对加入正交误差补偿后的环形陀螺仪进行了实验测试。结果显示,校正后的零偏、零偏稳定性分别为-2.62°/s、1.37°/h,与校正前相比,分别提升了3倍和10.6倍,验证了该正交误差补偿系统对陀螺仪正交误差的抑制效果,补偿后陀螺仪的零偏稳定性显著提升,陀螺输出更加稳定,为MEMS陀螺仪应用于未来军事及民用领域奠定了基础。

摘要：如何简单、快速且低成本制备穿通导线一直是基于玻璃通孔的微机械传感器晶圆级真空封装的技术难点。根据电化学反应理论,设计了一种有掩膜电镀的穿通导线制备方法。采用纳秒激光烧灼得到玻璃通孔,利用掩膜增大电镀时通孔周围的电流密度,实现了任意尺寸玻璃通孔的快速金属填充。实验分析确定300?m厚的玻璃最优通孔直径为100?m,通孔间的电阻均约为0.347?,最大误差为2.59%。通过沿通孔划片得到的扫描电子显微镜下图像可以看出,金属填充致密均匀,形貌良好。

摘要：导航传感器在探险、应急、精确制导武器、船舶、航空器导航和定位系统中起着关键作用。针对偏振光罗盘在倾斜状态下误差较大的问题,提出了一种利用加速度计和陀螺仪对偏振光罗盘进行图像校正的方法,设计了一种基于陀螺仪校正的偏振光罗盘系统。首先利用加速度计和陀螺仪计算得到载体姿态角,对偏振光图像数据进行图像校正,采用Stokes矢量法解算大气偏振模式分布,进而提取导航特征点,最后对特征点进行拟合解算出航向角信息。并且进行了静态和动态测试实验,实验结果表明,该算法能够有效的对偏振光罗盘姿态变化引起的误差进行补偿,可以将偏振光罗盘的航向角测量误差控制在1.86°之内,平均误差为0.09°。

摘要：为了提高传感器的测试精度、抑制传统传感器的横向效应问题,通过改变压阻排布方式设计了一种低横向效应的压阻式加速度传感器。该传感器采用8电阻十字梁结构,电阻全部对称排布在应力变化的线性区,使传感器在满足高灵敏度的同时消除了横向效应。通过有限元仿真分析得出该传感器的灵敏度为0.297 4μV/g,横向灵敏度为零,对封装后的传感器进行了Hopkinson杆冲击测试,横向灵敏度只占工作轴向灵敏度的1.1%,远小于相同结构尺寸下传统四电阻传感器的20.7%,而工作轴向灵敏度基本相同。实验表明,该传感器具有较高的工作轴向灵敏度和极低的横向灵敏度。

摘要：硅微机械陀螺结构的驱动和检测模态谐振频率差(Δf)是决定其结构机械灵敏度的主要因素,当Δf≈0时,陀螺结构处于频率调谐状态,此时陀螺的机械灵敏度达到最大峰值且噪声和分辨率等指标可得到有效提高。提出了一种基于正交信号和驱动位移相位差的鉴相控制方法,以判断陀螺结构是否处于频率调谐状态,并通过调节检测模态刚度达到频率调谐目的。首先,介绍了陀螺结构检测模态谐振频率调节的原理,并结合结构参数量化分析了频率调节范围。其次,分析了鉴相控制方法,并在其基础上设计了频率调谐控制系统,建立了整机系统模型,并对其进行了稳定性分析。最后,结合整机模型进行了仿真,采用所提出的方法可实现(Δf)的快速、稳定、自主调节,系统的标度因数指标调谐前后分别为13.1 m V/(°/s)和220.6 m V/(°/s),大大提高了结构的机械灵敏度,验证了设计方案。

摘要：针对环形谐振陀螺谐振结构特性参数相同、检测灵敏度高、温度与抗干扰特性好等特点,提出了一种新颖的S形挠曲支撑梁的电容式环形谐振陀螺。其环形谐振子的刚度系数、固有频率等振动特性参数是陀螺结构优化、模态控制、驱动与检测电路设计的主要理论参数。为了得到该陀螺精确的谐振子特性参数,基于角度敏感原理、谐振结构的材料力学性能与机械振动特性,推导了谐振结构的等效刚度系数与固有频率的理论模型,并且分别进行了有限元仿真分析与样机频率特性测试。结果表明该理论模型计算的固有频率与有限元分析的误差为7.0820%,与样机实际测试的误差为3.9035%,证明了理论模型的正确性,为该陀螺的进一步研究提供了理论依据。

摘要：针对当前高速图像采集数据量庞大、带宽紧张、本地存储资源有限的问题,设计了一种基于优性能ARM、高动态CMOS图像传感器的图像采集压缩系统。硬件设计中,采用集成H.264压缩硬核的Hi3516D作为核心处理器、HiSPi接口的AR0230CS图像传感器作为图像捕获前端、高效率的DC/DC双路电源MP2122作为系统电源模块、百兆以太网作为图像数据的输出接口;软件设计中,使用海思多媒体软件平台,通过配置图像采集和图像压缩两个模块的相关参数,完整地实现了系统功能。经测试,该系统可以长时间稳定输出多种分辨率图像,且压缩比大于150∶1,PSNR值大于36 dB,整体性能良好。

摘要：针对环形振动陀螺结构对称、模态特性参数相同与抗干扰特性好的特点,提出了一种新型的电容式环形微机电振动陀螺。设计了S形弹性支撑梁形式的硅基环形振动陀螺敏感结构,并仿真分析了陀螺的工作模态与幅频响应特性。根据环形振动陀螺的动力学特性,研究了陀螺的机电接口形式与硅基电极的设置方法,建立了硅基电极的电学参数模型与陀螺的角速度敏感模型。基于深离子刻蚀技术设计了简单可行的传感器制备流程,并成功制备了陀螺的敏感结构。实验测试结果显示,该环形微机电振动陀螺驱动与检测模态的谐振频率分别为9 028.86Hz与9 036.15Hz,品质因数分别为25 051与25 026,标度因数为0.589 7mV/((°)·s^(-1))。实验结果验证了陀螺设计与研究方法的正确性,为高性能硅基微机电陀螺的研制提供了一种可行的方案。