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微机械谐振陀螺的有限元分析

东南大学学报（自然科学版） 2004年第1期34卷 38-41页

作者：朱一纶王寿荣裘安萍东南大学仪器科学与工程系南京210096

依据微机械谐振陀螺的结构和工作原理 ,利用ANSYS有限元仿真软件对微机械谐振陀螺的设计进行了计算和仿真 .首先计算了陀螺的驱动模态固有频率和检测模态的固有频率 ,分析了在检测方向的输出位移、哥氏力与输入驱动信号频率之间的关系 ... 详细信息

依据微机械谐振陀螺的结构和工作原理 ,利用ANSYS有限元仿真软件对微机械谐振陀螺的设计进行了计算和仿真 .首先计算了陀螺的驱动模态固有频率和检测模态的固有频率 ,分析了在检测方向的输出位移、哥氏力与输入驱动信号频率之间的关系 ,在这基础上 ,得出当驱动模态的固有频率与检测模态的固有频率比较接近时 ,输出哥氏力灵敏度较大 .同时还分析了内框架梁与外框架梁对陀螺驱动模态与检测模态固有频率的影响 ,并以此为基础。

关键词：陀螺仿真谐振频率

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硅微谐振式加速度计的实现及性能测试

光学精密工程 2010年第12期18卷 2583-2589页

作者：石然裘安萍苏岩南京理工大学MEMS惯性技术研究中心江苏南京210094

为了提高硅微谐振式加速度计性能,从一种基于DDSOG(Deep Dry Silicon on Glass)工艺的硅微谐振式加速度计样机入手,介绍了加速度计的结构、加工方法和接口电路。该谐振式加速度计结构包括敏感质量块、谐振器和微杠杆3部分,采用差动结构... 详细信息

为了提高硅微谐振式加速度计性能,从一种基于DDSOG(Deep Dry Silicon on Glass)工艺的硅微谐振式加速度计样机入手,介绍了加速度计的结构、加工方法和接口电路。该谐振式加速度计结构包括敏感质量块、谐振器和微杠杆3部分,采用差动结构来减小共模误差的影响。接口电路中采用了自动增益控制电路来稳定谐振器的振幅,成功实现了谐振器的闭环自激振荡和频率检测。分析了谐振式加速度计频率输出与加速度输入的关系,测试了硅微谐振式加速度计样机性能,结果为量程±50g,标度因数143 Hz/g,零偏稳定性1.2 mg,零偏重复性0.88 mg,阈值170μg。文章最后提出,DDSOG工艺中采用的玻璃材料和硅材料温度系数不同,影响了加速度计的温度特性,因此需要进步一改进加工工艺。

关键词：硅微谐振式加速度计谐振器差动结构 DDSOG

双线性振动微陀螺特征频率光学测试和有限元分析

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工程力学 2009年第3期26卷 195-201页

作者：郑翔杨福俊裘安萍何小元东南大学工程力学系江苏南京210096 扬州大学机械工程学院江苏扬州225009

微机械陀螺仪特征频率的研究对其设计至关重要。该文运用高速图像采集技术、显微技术和数字图像相关方法,实测了一组微陀螺的固有频率。该测试方法非接触无损测量,测试结构简单,测量精度高。测试结果与有限元计算结果一致,验证了有限元... 详细信息

微机械陀螺仪特征频率的研究对其设计至关重要。该文运用高速图像采集技术、显微技术和数字图像相关方法,实测了一组微陀螺的固有频率。该测试方法非接触无损测量,测试结构简单,测量精度高。测试结果与有限元计算结果一致,验证了有限元分析方法用于微机械系统的可行性和有效性。对比结果表明,所建立的有限元模型合理,分析结果可靠。最后,利用有限元数值模拟技术研究了微陀螺结构尺寸对特征频率的影响,其分析结果对微陀螺仪的设计具有指导性意义。

关键词：微陀螺时间序列图像:数字相关有限元模态分析

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硅微型机械振动陀螺仪的计算机辅助设计

东南大学学报（自然科学版） 2004年第2期34卷 240-243页

作者：施芹王寿荣周百令裘安萍东南大学仪器科学与工程系南京210096

建立了硅微型机械振动陀螺仪的优化模型 ,确定其结构参数的目标函数和约束条件 ,采用优化方法对结构参数进行优化计算 .以AutoCAD为支撑软件 ,采用ActiveXAutomation技术对AutoCAD进行二次开发 ,建立了硅微型机械振动陀螺仪的计算机辅... 详细信息

建立了硅微型机械振动陀螺仪的优化模型 ,确定其结构参数的目标函数和约束条件 ,采用优化方法对结构参数进行优化计算 .以AutoCAD为支撑软件 ,采用ActiveXAutomation技术对AutoCAD进行二次开发 ,建立了硅微型机械振动陀螺仪的计算机辅助设计系统 (GYROCAD) .该系统可以根据陀螺仪的性能指标等确定陀螺仪的最优结构参数 ,设计实例表明 ,由该系统设计的硅微型机械振动陀螺仪的灵敏度得到了明显的提高 .

关键词：硅微型机械振动陀螺仪计算机辅助设计优化方法 ActiveX Automation

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微机械陀螺检测接口建模及前置放大器优化

光学精密工程 2013年第7期21卷 1734-1740页

作者：赵阳裘安萍施芹赵健南京理工大学MEMS惯性技术研究中心江苏南京210094

为了进一步提高微机械陀螺的极限分辨率,建立了基于SOI工艺的微机械陀螺的检测接口模型,并设计了与之相匹配的前置接口放大器。首先,根据陀螺表头的实际结构建立了微机械陀螺表头的RC集总参数模型和微机械陀螺检测接口的噪声模型,分析... 详细信息

为了进一步提高微机械陀螺的极限分辨率,建立了基于SOI工艺的微机械陀螺的检测接口模型,并设计了与之相匹配的前置接口放大器。首先,根据陀螺表头的实际结构建立了微机械陀螺表头的RC集总参数模型和微机械陀螺检测接口的噪声模型,分析了检测接口主导噪声源及提高极限分辨率的措施。然后,在跨阻式前置放大器的基础上设计了改进的与检测接口匹配的T型前置放大器。实验结果表明:相比于跨阻式前置放大器,采用改进的T型前置放大器的等效噪声输入电流由1.18pA/√Hz降低至0.27pA/√Hz,对应的电容极限分辨率可达到0.62aF/√Hz。结果显示,采用与检测接口匹配的T型前置放大器提高了微机械陀螺的极限分辨率。

关键词：微机械陀螺接口模型极限分辨率 T型前置放大器

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扭摆式硅微加速度计的优化设计

仪表技术与传感器 1999年第11期 8-10页

作者：裘安萍王寿荣陈玮东南大学南京市210096

文中介绍了扭摆式硅微加速度计的结构原理和对其进行最大灵敏度优化设计的方法。计算结果表明，对硅微加速度计的结构参数进行优化，可以最大限度地提高传感器的性能。

关键词：微机械加速度计优化设计硅微加速计加速度计

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振动式微机械陀螺动态特性光学测试

光学学报 2006年第2期26卷 202-206页

作者：康新董萼良裘安萍何小元南京理工大学力学与工程科学系南京210094 东南大学工程力学研究所南京210096 东南大学仪器科学与工程系南京210096

针对振动式微机械陀螺的设计过程中对微振子动态特性的精确评价问题,提出一种测量微振子动态特性的光学方法。该方法利用高速摄像机获取陀螺微振子在振动时的时间序列图像,然后采用数字图像相关技术对序列图像进行相关计算,以获得微振... 详细信息

针对振动式微机械陀螺的设计过程中对微振子动态特性的精确评价问题,提出一种测量微振子动态特性的光学方法。该方法利用高速摄像机获取陀螺微振子在振动时的时间序列图像,然后采用数字图像相关技术对序列图像进行相关计算,以获得微振子在大气中振动的位移、速度和加速度曲线,并由此计算微振子的固有频率和品质因数。该方法对位移的分辨力在亚微米量级,具有较高的测量精度。对文中被测陀螺驱动模态的固有频率测量结果为2061.67 Hz,大气压下的品质因数测量结果为66.67。提出的方法可为微陀螺动态特性的测量提供一种精确、有效的途径。

关键词：光学测量微机械陀螺固有频率品质因数数字相关时间序列图像

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硅微谐振式加速度计的温度效应及补偿

纳米技术与精密工程 2012年第3期10卷 215-219页

作者：裘安萍董金虎南京理工大学MEMS惯性技术研究中心南京210094

零偏和标度因数稳定性是衡量加速度计性能的两个重要参数.为了降低硅微谐振式加速度计的温度敏感性,对其温度影响机理进行了深入研究.通过温度实验发现,硅微谐振式加速度计的零偏和标度因数与设计理论参数有较大区别,且都具有较大的温... 详细信息

零偏和标度因数稳定性是衡量加速度计性能的两个重要参数.为了降低硅微谐振式加速度计的温度敏感性,对其温度影响机理进行了深入研究.通过温度实验发现,硅微谐振式加速度计的零偏和标度因数与设计理论参数有较大区别,且都具有较大的温度灵敏度,分别为0.72 g/℃和1.5℃-1.对弹性模量和谐振器应力与谐振器频率的关系进行了理论计算和FEA仿真验证,其中弹性模量引起的谐振频率-温度灵敏度为-0.7 Hz/℃,谐振器应力引起的谐振频率-温度灵敏度为180 Hz/℃.阐述了加工过程中键合应力产生的原因以及键合应力与谐振器残余应力的关系,发现谐振器应力是造成加速度计输出随温度漂移的主要因素.提出了一种隔离残余应力的隔离梁的设计方案,可使零偏温度灵敏度降至-35 Hz/℃,为温度补偿指明了方向.

关键词：硅微谐振式加速度计温度灵敏度残余应力温度补偿

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双质量振动式硅微陀螺理论和实验模态分析

光学精密工程 2015年第2期23卷 467-476页

作者：姜劭栋苏岩施芹裘安萍南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

考虑硅微陀螺的设计和结构优化,研究了陀螺固有频率及模态对其性能的影响。针对本课题组研制的双质量振动式硅微陀螺,利用能量法建立了固有频率的理论公式,对硅微陀螺的低阶模态进行了理论分析,并利用有限元仿真和实验对理论分析结果进... 详细信息

考虑硅微陀螺的设计和结构优化,研究了陀螺固有频率及模态对其性能的影响。针对本课题组研制的双质量振动式硅微陀螺,利用能量法建立了固有频率的理论公式,对硅微陀螺的低阶模态进行了理论分析,并利用有限元仿真和实验对理论分析结果进行了验证。结果显示:理论分析结果与仿真结果的最大误差为8.6%,与实验结果的最大误差为10.6%。利用Allan方差分析法对陀螺进行了静态性能实验,结果显示其角度随机游走为0.0578(°)/hr12,零偏不稳定性为0.459(°)/hr。与传统的单纯依靠有限元仿真的模态定阶相比,本文建立的理论模型可以省略繁琐的结构参数调整过程,更高效地完成陀螺模态定阶,而且可用于陀螺的结构优化过程。

关键词：双质量振动式硅微陀螺固有频率能量法模态