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四模态匹配三轴硅微陀螺仪

光学精密工程 2013年第9期21卷 2326-2332页

作者：夏敦柱孔伦虞成东南大学微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室江苏南京210096

为了实现单片集成六自由度微惯性测量单元,提出了一种改进的由4个大质量块和4个小质量块组合而成的四方全对称结构的三轴陀螺仪。介绍了该惯性测量元件的结构及工作原理,根据结构参数计算出了详细的性能指标,并进行了面内驱动模态和面... 详细信息

为了实现单片集成六自由度微惯性测量单元,提出了一种改进的由4个大质量块和4个小质量块组合而成的四方全对称结构的三轴陀螺仪。介绍了该惯性测量元件的结构及工作原理,根据结构参数计算出了详细的性能指标,并进行了面内驱动模态和面内外的敏感模态仿真。为提高各敏感模态的机械灵敏度,提出采用双重静电频率调谐方案,即先对公共质量块施加调谐电压,使驱动模态和航向模态的频差最小;再对小质量块上方的多晶硅电极施加另外的调谐电压,最终使四模态频率偏差小于30 Hz,从而说明该频率调谐方法是有效的。然后,通过分析热弹性阻尼能量耗散机理,对驱动及敏感谐振模态的品质因数进行仿真。结果表明:真空环境不考虑空气阻尼情况下,两种模态的品质因数分别为23816和19 507。最后,基于表面加工和体加工工艺,设计了高深宽比的加工流程。对该四方对称解耦结构的设计和仿真表明其模态匹配和品质因数性能满足三轴陀螺的设计要求。

关键词：三轴陀螺模态匹配正交十字梁热弹性阻尼

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基于射频识别技术的车载验卡机系统的研制

基于射频识别技术的车载验卡机系统的研制

作者：夏敦柱南京师范大学

学位级别：硕士

研究应用一种新的信息科学技术——射频识别(RFID)技术来构建一种新型的车载验卡机系统。目前，射频阅读器的研制在国内尚不多见，在国外仅被大公司所垄断，所以文中首先着重讨论了如何设计一种新型的非接触式阅读器。考虑到乘车流水数... 详细信息

研究应用一种新的信息科学技术——射频识别(RFID)技术来构建一种新型的车载验卡机系统。目前，射频阅读器的研制在国内尚不多见，在国外仅被大公司所垄断，所以文中首先着重讨论了如何设计一种新型的非接触式阅读器。考虑到乘车流水数据量较大，研究如何合理安排系统的存储结构变得尤为重要。为了方便对流水数据的查询统计，使用了具有时间基准功能的时钟芯片，能实现对所有乘客乘车行为具有准确实时的跟踪能力。同时，对数据交互方面提出了多种通信手段，从车载验卡机到站点采集机，再到管理中心所采用的通信方式既可行又实用。最后，使用先进的数据库管理方式可以实现对数据记录进行智能化操作、保存、维护、分析、查询统计、打印报表。主要贡献是：(1)采用RPID技术研制非接触式阅读器，实现现代化电子货币交易。(2)研究对采集的数据进行合理存储和制定一系列通信协议规范。(3)提出多种可行性的数据传输通信方案和设计并规划出数据库软件的完备功能模块。

关键词：射频识别技术车载验卡机系统阅读器、应答器、射频卡

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高压驱动的三波腹多环盘式硅微陀螺仪

传感技术学报 2023年第1期36卷 1-8页

作者：夏敦柱姚默晗杜森东南大学仪器科学与工程学院江苏南京210096

设计和研究了一种带有高压驱动电路的多环盘式硅微陀螺仪(DRG)。该陀螺仪具有MEMS嵌套环结构,工作在三波腹(n=3)的振动模态下,主振型和从振型之间具有更小的频率裂解。系统采用双闭环测控电路驱动,结构简单,具有良好的稳定性和较大的带... 详细信息

设计和研究了一种带有高压驱动电路的多环盘式硅微陀螺仪(DRG)。该陀螺仪具有MEMS嵌套环结构,工作在三波腹(n=3)的振动模态下,主振型和从振型之间具有更小的频率裂解。系统采用双闭环测控电路驱动,结构简单,具有良好的稳定性和较大的带宽。其中刚度调谐和正交误差校正所需要的高压直流电由小型化的Boost升压电路提供。样机测试结果表明闭环Boost升压电路精度高,对陀螺仪的零偏不稳定性影响小。陀螺仪具有高品质因数(Q=36503)、低非线性度(314×10^(-6))、低角度随机游走(0.1664°/√4)以及低零偏不稳定性(2.0229°/h)。

关键词：多环盘式陀螺仪三波腹双闭环电路 Boost升压电路正交误差校正

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对称解耦硅微陀螺仪结构设计研究

传感技术学报 2008年第3期21卷 435-438页

作者：刘梅周百令夏敦柱东南大学仪器科学与工程学院南京210096

硅微机械陀螺仪的驱动模态和敏感模态间的交叉耦合制约了其性能的提高。设计了一种对称解耦硅微机械陀螺仪,它的驱动机构与检测机构都做线性滑膜阻尼振动且完全解耦,使得驱动和敏感模态之间的耦合小、结构振动平稳性好、品质因数高。该... 详细信息

硅微机械陀螺仪的驱动模态和敏感模态间的交叉耦合制约了其性能的提高。设计了一种对称解耦硅微机械陀螺仪,它的驱动机构与检测机构都做线性滑膜阻尼振动且完全解耦,使得驱动和敏感模态之间的耦合小、结构振动平稳性好、品质因数高。该微陀螺仪的驱动与检测支承梁完全相同且对称分布,使得驱动模态和敏感模态的谐振频率受加工误差和温度变化的影响近乎相同,所以频率匹配性好,结构的灵敏度大大提高。实验测试结果表明对称硅微机械陀螺仪的耦合误差得到了有效减小,并且它的驱动和检测谐振频率仅相差6Hz,其品质因数在空气条件下分别为145和117,检测模态的品质因数与采用压膜阻尼振动方式进行检测的硅微机械陀螺仪相比有了显著提高。

关键词：硅微机械陀螺仪对称解耦结构设计有限元仿真

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双闭环真空硅微陀螺仪设计及性能测试分析

传感技术学报 2008年第2期21卷 241-243页

作者：夏敦柱周百令王寿荣东南大学仪器科学与工程学院南京210096

所设计的硅微陀螺仪工作在10Pa,品质因素达到3000,采用CAN金属壳封装形式,测控线路采用闭环自激驱动,力反馈式闭环检测方式。驱动采用单边驱动单边检测,尽量使线路简化;检测采用双重分解和重构回路。测试结果表明:有用信号和正交信号实... 详细信息

所设计的硅微陀螺仪工作在10Pa,品质因素达到3000,采用CAN金属壳封装形式,测控线路采用闭环自激驱动,力反馈式闭环检测方式。驱动采用单边驱动单边检测,尽量使线路简化;检测采用双重分解和重构回路。测试结果表明:有用信号和正交信号实现很好的相位解耦,互不影响。在实现标度因素10mV/(°)S-1的情况下,零偏稳定性已达到了60°/h;线性度已达到了400ppm;带宽仿真达到150Hz;这较以前设计的空气下闭驱开检方式下的硅微陀螺性能提高了近2个数量级。

关键词：硅微陀螺仪自激驱动双闭环检测标度因素零偏稳定性

A novel closed-loop vacuum silicon microgyroscope

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Journal of Southeast University(English Edition) 2009年第1期25卷 63-67页

作者：夏敦柱王寿荣周百令东南大学仪器科学与工程学院南京210096

A novel closed-loop control strategy of a silicon microgyroscope （SMG） is proposed. The SMG is sealed in metal can package in drive and sense modes and works under the air pressure of 10 Pa. Its quality factor reaches greater than l0 000. Self-oscillating and closed-loop methods based on electrostatic force feedback are adopted in both measure and control circuits. Both single side driving and sensing methods are used to simplify the drive circuit. These dual channel decomposition and reconstruction closed loops are applied in sense modes. The testing results demonstrate that useful signals and guadrature signals do not interact with each other because of the decoupling of their phases. Under the condition of a scale factor of 9. 6 mV/（（°） .s）, in a full measurement range of±300 （°）/s, the zero bias stability reaches 28 （°）/h with a nonlinear coefficient of 400 × 10^-6 and a simulated bandwidth of more than 100 Hz. The overall performance is improved by two orders of magnitude in comparison to that at atmospheric pressure.

关键词： silicon micro-gyroscope (SMG) self oscillating dual-channel closed-loop detection scale factor zero bias stability

Temperature compensation method of silicon microgyroscope based on BP neural network

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Journal of Southeast University(English Edition) 2010年第1期26卷 58-61页

作者：夏敦柱王寿荣周百令东南大学微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室南京210096

The temperature characteristics of a silicon microgyroscope are studied, and the temperature compensation method of the silicon microgyroscope is proposed. First, an open-loop circuit is adopted to test the entire microgyroscope＇s resonant frequency and quality factor variations over temperature, and the zero bias changing trend over temperature is measured via a closed-loop circuit. Then, in order to alleviate the temperature effects on the performance of the microgyroscope, a kind of temperature compensated method based on the error back propagation（BP）neural network is proposed. By the Matlab simulation, the optimal temperature compensation model based on the BP neural network is well trained after four steps, and the objective error of the microgyroscope＇s zero bias can achieve 0.001 in full temperature range. By the experiment, the real time operation results of the compensation method demonstrate that the maximum zero bias of the microgyroscope can be decreased from 12.43 to 0.75（°）/s after compensation when the ambient temperature varies from -40 to 80℃, which greatly improves the zero bias stability performance of the microgyroscope.

关键词： silicon microgyroscope temperature characteristic error back propagation neural network temperature compensation

硅微加速度计测控线路设计及参数调整方法研究

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仪表技术与传感器 2004年第9期 41-42,45页

作者：夏敦柱苏岩周百令东南大学仪器科学与工程系江苏南京210096

首先介绍了硅微加速度计机械部分的工作原理及电容检测方法,同时分析了整个电路系统框图,然后构建出硅微加速度计系统总体结构,并将机械部分和电路部分在S域进行统一整合。利用MATLAB软件控制工具研究了校正环节对系统稳定性和动态性能... 详细信息

首先介绍了硅微加速度计机械部分的工作原理及电容检测方法,同时分析了整个电路系统框图,然后构建出硅微加速度计系统总体结构,并将机械部分和电路部分在S域进行统一整合。利用MATLAB软件控制工具研究了校正环节对系统稳定性和动态性能的影响情况。通过大量实验给出了优化参数组合下的开环频率特性和零位漂移特性。最后得出结论:通过对重要校正环节的参数进行正确的调整可以很好地改善系统工作性能,并能提高系统输出的稳定性。

关键词：硅微加速度计测控线路参数调整闭环系统校正灵敏度 MEMS

基于WGM谐振腔系统的陀螺仪光学检测方法研究

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传感器与微系统 2021年第8期40卷 31-34页

作者：宫旭亮夏敦柱东南大学仪器科学与工程学院江苏南京210018

提出微光机电系统陀螺仪的光学检测方法,设计了由光栅耦合器、回音壁模式谐振腔和光波导组成的微光学检测器件,实现与盘式谐振陀螺仪的单片集成。理论分析了谐振腔的谱线漂移和耦合机制,通过调整结构参数得到品质因数为5 303.1。分析了... 详细信息

提出微光机电系统陀螺仪的光学检测方法,设计了由光栅耦合器、回音壁模式谐振腔和光波导组成的微光学检测器件,实现与盘式谐振陀螺仪的单片集成。理论分析了谐振腔的谱线漂移和耦合机制,通过调整结构参数得到品质因数为5 303.1。分析了光栅周期、刻蚀深度、入射角和上包层对光栅耦合器耦合效率的影响,通过不断优化调整最终实现了51.5%的水平耦合。最后对实验测试结果进行讨论。

关键词：微光机电系统回音壁模式品质因数光栅耦合器耦合效率