《雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀》介紹了廣泛應(yīng)用于國防工業(yè)領(lǐng)域中的雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工、測控系統(tǒng)設(shè)計、測試等方面的內(nèi)容,涵蓋了幾乎整個雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀的設(shè)計過程。全書共分為7章,其中:第1章為緒論,介紹了硅微機(jī)械陀螺儀的基本概念、特點及應(yīng)用領(lǐng)域,國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及該書的研究目的及意義;第2章為硅微機(jī)械陀螺儀原理及結(jié)構(gòu),主要介紹哥氏效應(yīng)、陀螺動力學(xué)方程、雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀全解耦結(jié)構(gòu)設(shè)計及加工技術(shù);第3章為雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀模型和驅(qū)動技術(shù)研究,介紹了陀螺結(jié)構(gòu)中主要的噪聲,建立了理想的陀螺結(jié)構(gòu)機(jī)械系統(tǒng)模型,并研究了基于自激振蕩技術(shù)的驅(qū)動閉環(huán)回路;第4章為雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀正交校正技術(shù)研究及優(yōu)化,分析了正交誤差的產(chǎn)生機(jī)理以及抑制的方法和途徑;第5章為雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀檢測閉環(huán)和頻率調(diào)諧技術(shù)研究,提出了雙質(zhì)量陀螺檢測模態(tài)傳遞函數(shù),并設(shè)計了帶有帶寬拓展功能的閉環(huán)控制器,介紹了頻率調(diào)諧方法;第6章為溫度對硅微機(jī)械陀螺的影響及抑制方法,介紹了溫度模型和溫度控制、溫度補償技術(shù);第7章為雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀測控電路設(shè)計及測試技術(shù),系統(tǒng)介紹了陀螺測試方法。
硅微機(jī)械陀螺儀是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)在慣性儀表領(lǐng)域的一個重要應(yīng)用,具有體積小、重量輕、成本低、可批量生產(chǎn)、抗沖擊性能好等優(yōu)點,在國民經(jīng)濟(jì)和國防軍事領(lǐng)域均有重要的實用價值和廣泛的應(yīng)用前景,特別是雙質(zhì)量線振動結(jié)構(gòu)形式,更是作為國內(nèi)外各大科研院所的主要研究對象。盡管十幾年來硅微機(jī)械陀螺儀的精度顯著提升,但由于各種因素的限制,其靜態(tài)和動態(tài)性能依然無法滿足中高精度領(lǐng)域的要求,這些因素主要包括:加工誤差引起的陀螺輸出信號的惡化及漂移;陀螺結(jié)構(gòu)機(jī)械靈敏度和陀螺儀帶寬的矛盾;檢測模態(tài)動態(tài)性能需進(jìn)一步提升;陀螺溫度特性差;等等。為此,作者根據(jù)國內(nèi)外的最新發(fā)展,并結(jié)合作者多年來在雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀領(lǐng)域的研究和工程實踐方面的收獲編寫此書。
全書共分7章:第1章為緒論,介紹了硅微機(jī)械陀螺儀的基本概念、特點及應(yīng)用領(lǐng)域,國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及本書的研究目的及意義;第2章為硅微機(jī)械陀螺儀原理及結(jié)構(gòu),主要介紹了哥氏效應(yīng)、陀螺儀動力學(xué)方程、雙質(zhì)量線振動陀螺儀全解耦結(jié)構(gòu)設(shè)計及加工技術(shù);第3章為硅微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)噪聲分析和系統(tǒng)模型,介紹了陀螺儀結(jié)構(gòu)中主要的噪聲,建立了理想的陀螺儀結(jié)構(gòu)機(jī)械系統(tǒng)模型,并研究了基于自動增益控制(AGC)技術(shù)的驅(qū)動閉環(huán)回路;第4章為雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀正交校正技術(shù)研究及優(yōu)化,分析了正交誤差的產(chǎn)生機(jī)理以及抑制的方法和途徑;第5章為雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀檢測閉環(huán)和頻率調(diào)諧技術(shù)研究,提出了雙質(zhì)量線振動陀螺儀檢測模態(tài)傳遞函數(shù),并設(shè)計了帶有帶寬拓展功能的閉環(huán)控制器,介紹了頻率調(diào)諧方法;第6章為溫度對硅微機(jī)械陀螺儀的影響及抑制方法,介紹了溫度模型和溫度控制、溫度補償技術(shù);第7章為雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀測控電路設(shè)計及測試技術(shù),系統(tǒng)地介紹了陀螺儀測試方法。
本書是在“九五”、“十五”、“十一五”和“十二五”原總裝備部預(yù)研項目以及國家自然基金等相關(guān)課題研究工作的基礎(chǔ)上寫成的,在此向資助本書內(nèi)容的機(jī)構(gòu)表示感謝。本書的主要內(nèi)容是作者在東南大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院微慣性系統(tǒng)及器件研究所,以及在美國佐治亞理工學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng)期間完成的,在此過程中得到了李宏生教授、Paul Douglas Yoder教授、王壽榮教授、黃麗斌教授、周百令教授、楊波教授、夏敦柱教授等老師的幫助和支持,特別是李宏生教授,對本書的研究內(nèi)容做了悉心的指導(dǎo)和大量的修正工作。在本書的撰寫過程中,殷勇、徐露、倪云舫、王曉雷、陳淑鈴、盛霞、丁徐鍇、劉嘉等同志做了大量有益的工作。在此對上述同仁表示由衷的感謝。本書參考或直接引用了國內(nèi)外一些論文和著作,在此向這些論文和著作的作者表示謝意。最后,特別感謝國防科技圖書出版基金對本書的資助。
本書涉及多學(xué)科交叉領(lǐng)域,由于作者水平有限,對于有些領(lǐng)域的研究進(jìn)行得不是很深入,因此,書中不妥之處在所難免,誠懇地希望各位專家和讀者不吝指教和幫助。
第1章 緒論
1.1 硅微機(jī)械陀螺儀及其發(fā)展
1.1.1 硅微機(jī)械陀螺儀的優(yōu)點
1.1.2 硅微機(jī)械陀螺儀分類
1.2 硅微機(jī)械陀螺儀的發(fā)展
1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
1.3 硅微機(jī)械陀螺儀設(shè)計過程
第2章 硅微機(jī)械陀螺儀原理及結(jié)構(gòu)
2.1 引言
2.2 硅微機(jī)械陀螺儀的力學(xué)原理
2.2.1 哥氏加速度
2.2.2 硅微機(jī)械陀螺儀動力學(xué)方程
2.3 硅微機(jī)械陀螺儀運動方程
2.4 梳齒靜電力驅(qū)動和檢測原理
2.4.1 平板電容靜電力產(chǎn)生原理
2.4.2 梳齒電容檢測原理
2.4.3 梳齒電容靜電力驅(qū)動原理
2.5 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.5.1 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)整體分析
2.5.2 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)模態(tài)分析
2.5.3 重力作用下的靜態(tài)應(yīng)力仿真
2.5.4 最大位移時應(yīng)力
2.5.5 沖擊仿真
2.5.6 熱應(yīng)力仿真
2.5.7 諧響應(yīng)分析
2.6 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)加工
2.7 本章小結(jié)
第3章 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)噪聲分析和系統(tǒng)模型
3.1 引言
3.2 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)等效電氣模型和接口
3.2.1 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)等效電氣模型
3.2.2 環(huán)形二極管接口電路的抗噪特性
3.2.3 環(huán)形二極管接口電路的工作原理
3.3 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模型
3.4 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀驅(qū)動技術(shù)研究
3.4.1 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀自激驅(qū)動閉環(huán)方案
3.4.2 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀驅(qū)動回路工作點分析
3.4.3 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀驅(qū)動系統(tǒng)仿真
3.4.4 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀驅(qū)動系統(tǒng)測試
3.5 硅微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)噪聲
3.5.1 結(jié)構(gòu)噪聲分析
3.5.2 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)噪聲測試
3.6 本章小結(jié)
第4章 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀正交校正技術(shù)研究及優(yōu)化
4.1 引言
4.2 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)誤差
4.2.1 正交誤差
4.2.2 阻尼不對稱
4.3 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀輸出信號的組成
4.3.1 哥氏信號
4.3.2 機(jī)械耦合信號
4.3.3 電耦合信號
4.3.4 力耦合信號
4.3.5 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀輸出信號
4.3.6 正交信號對雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀輸出信號的影響
4.4 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀正交誤差校正
4.4.1 含有耦合剛度和阻尼的系統(tǒng)模型
4.4.2 電荷注入法
4.4.3 正交力校正法
……
第5章 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀檢測閉環(huán)和頻率調(diào)諧技術(shù)研究
第6章 溫度對硅微機(jī)械陀螺儀的影響及抑制方法
第7章 雙質(zhì)量線振動硅微機(jī)械陀螺儀測控電路設(shè)計及測試技術(shù)
參考文獻(xiàn)