摘要：为使石英陀螺满足高性能、小型化和集成化需求,设计石英陀螺专用集成电路接口芯片势在必行.本文通过分析石英陀螺表头的机电特性,得出方波驱动方式是系统性能和复杂程度的折衷.据此设计了一种闭环自激驱动电路.该电路与石英结构形成反馈环路,从而实现陀螺的自激驱动,并通过自动增益控制电路实现幅值稳定.该电路已用0.5μm CMOS工艺实现,测试结果表明该电路可以实现稳幅稳频的驱动,幅值稳定度0.01%.集成该驱动电路的石英陀螺系统达到战术级性能.

摘要：双H型石英陀螺的音叉结构具有电极工艺简单的优点,但该陀螺的电容耦合噪声比H型石英陀螺的电容耦合噪声大。为减小电容耦合噪声,分析了双H型音叉的电容耦合噪声的影响和产生机理,采用ANSYS软件分析电容耦合噪声。在驱动电极上加载电压载荷,采用静态分析功能,在后处理器POST1中获取敏感电极的电荷量,利用电压和电荷的关系获取检测电极的耦合分布电容,采用这一指导原则,设计了一种新电极分布的音叉;通过仿真和测试对比了新电极和旧电极音叉的耦合分布电容,测试结果表明,新的电极设计的耦合电容值为旧电极的耦合电容值的50%左右。介绍了一种新的电极结构的双H型石英陀螺,并给出耦合电容的仿真分析及测试方法,该方法可以指导石英陀螺电极设计。

摘要：运用公理设计的理论分析了振动陀螺的原理,提出了振动陀螺的公理设计模型,并用这种模型对微机械石英陀螺的振动敏感元件—石英音叉片进行了解耦分析。运用灵敏度的有限元分析方法对石英音叉片的解耦设计的优劣进行了评价,为后续的设计提供有益的参考。

摘要：为了简化石英陀螺结构侧壁上的电极图形,设计了一种基于剪应力检测Coriolis力的新型石英微结构.通过对剪应力检测方案的分析,微结构侧壁电极的极性单一,采用锥度为15°的锥形梁结构作为敏感梁的设计可以增大敏感梁的检测灵敏度.通过各项异性湿法腐蚀z切石英片的方法制造了微结构样件.测试表明样件的驱动频率约为5.6kHz,大气下的品质因子在5000以上.输出信号频谱的谱线存在Coriolis力信号,验证了设计思想的正确性。

摘要：本文通过分析石英陀螺的工作原理,设计了闭环自激驱动、低噪声相敏解调原理的接口电路,并研究了驱动力耦合对零位输出造成的影响,以提高石英陀螺的环境适应性。通过研究传感器敏感表头的空气阻尼和谐振频率等方面的温度特性,得出温度对驱动力幅值的影响。进而提出通过驱动力幅值进行温度补偿的方法。对接口电路温度特性以及对陀螺零位输出的影响进行了分析,设计了全温区带宽恒定的运算放大器单元,抑制由于检测信号中高次谐波分量比例变化产生的温度漂移,并在高压N阱CMOS工艺下流片,实现低温漂接口ASIC。在-45℃~85℃的温度范围内对石英陀螺整机进行零位温度循环测试,利用驱动力幅值对零位输出进行三阶拟合补偿,补偿后全温零位温度漂移小于20°/hr(1σ),短期稳定性为5°/hr,输出噪声为0.001°/s/√Hz。

摘要：本文根据振动陀螺的工作原理,利用公理化设计理论进行了分析,建立振动陀螺设计模型,使用该模型石英振动陀螺仪传感元件—石英音叉片进行分析。利用有限元法是应用于音叉电子晶片灵敏度数据分析,评估其优缺点,设计石英音叉片解耦,为其他的设计提供有利的参考。

摘要：采用现代有限元分析工具COMSOL Multiphysics对微型石英音叉陀螺的振动模态特性以及感测电极不同配置时电荷的分布和电压的大小进行了分析,从而确定其几何尺寸和灵敏度较高时的感测电极配置,为后续的电路设计提供了参考。分析结果对预测谐振频率及性能参数、及时发现设计缺陷、缩短设计周期具有重要意义。

摘要：以U形石英音叉为例,用耦合电压自由度的方式模拟电极,提出了石英音叉的静态集总电容模型,用有限元分析中的静态分析方法计算了静态电容参数.通过对电极作短路和开路处理,分别用模态分析和谐波响应分析方法计算了石英音叉的本征频率,两种分析计算结果相同.根据本征频率计算了石英音叉的动态等效电路参数,计算值在实测值的离散范围内.最后综合运用模态分析、谐波响应分析方法计算了石英音叉传感器的电压和电荷灵敏度,可为设计传感器放大电路提供必要的参考.

摘要：MEMS惯组以其体积小、成本低、可靠性高在强冲击环境中得到越来越广泛的应用。为解决基于石英微陀螺和硅微加速度计的MEMS惯组抗高g值冲击问题,提出了一种内减振抗冲击设计方法。在该设计方法中,将陀螺与加速度计嵌入式安装在对称六面体框架结构上,并通过粘接在六面体框架八个顶点的24块粘弹性阻尼减震器与惯组基体隔离,实现内减振。同时基于弹簧阻尼系统理论建立了MEMS惯组抗冲击等效数学模型,对模型进行了仿真分析。利用有限元分析软件ANSYS对三维结构模型进行了模态分析和冲击仿真分析,并通过结构扫频实验与9次5000g冲击谱试验进行了验证。仿真分析与试验结果证明了该方法的有效性及可行性。

摘要：目的　为石英陀螺的设计提供技术参数． 方法　把弹性梁理论拓宽到压电梁，从电场等效体力出发，用能量观点给出了电极的位置效率的概念及其数学表达式． 最后利用压电振子等效电路原理，将压电梁机械和电子系统作了对比，推出压电梁等效电路ＲｎＣｎＬｎ 回路参数计算的一般公式． 结果与结论　优化了石英陀螺的电极位置，且导出的压电梁等效电路参数为振梁型传感器电子电路设计提供了理论依据．