旋转弹用MEMS陀螺结构优化及性能测试

【摘要】针对当前MEMS常规陀螺不能满足高旋弹测姿的要求,课题组研制了一种可用于测量高旋弹角速率的微机械陀螺。该陀螺与常规陀螺不同,其主要利用弹体沿轴向的高速旋转作为陀螺的驱动部分。当弹体存在俯仰角速率或偏航角速率时就会产生哥氏力,质量块在哥氏力的作用下绕扭转梁作角振动运动,导致陀螺质量块与极板间的电容发生变化,通过检测电容的变化来实现对外部输入角速率的测量。通过测试发现前期所设计陀螺抗过载能力差、输出信号灵敏度较低,因此本文在前期设计的基础上对陀螺结构及检测电路进行优化,并对优化后陀螺的性能进行测试,本文所研究主要内容如下：(1)对陀螺的基本原理及输出特性进行分析。首先对陀螺的基本原理进行分析；然后根据其工作原理建立其动力学方程,并对其输出特性进行分析。(2)陀螺结构的优化设计,在了解陀螺的基本原理和输出特性后实现对陀螺结构的优化设计。首先分析了陀螺结构的结构选型及改进方向；然后分析了陀螺的相关力学参数以及各结构参数对陀螺输出的影响,确定陀螺的结构类型,并通过ANSYS软件进行仿真分析；最后对优化后陀螺的电学特性进行分析,验证优化后的可行性。(3)陀螺结构工艺及版图的设计,结合陀螺的结构及工艺要求设计相应的工艺流程,实现对陀螺的加工。首先分析了当前用于制造微机械陀螺的MEMS工艺；然后根据所设计结构及工艺条件对陀螺的加工流程及相应的版图进行设计。(4)陀螺检测电路的优化及性能测试。首先介绍了陀螺的接口电路,分析其可优化方向；然后结合对电路的测试实现对陀螺检测电路的优化；最后基于优化后的检测电路对陀螺的性能进行测试。通过测试可得,驱动角速率为500r/min时,优化后陀螺的灵敏度为4.33mv/°/s,非线性度为0.11%,分辨率可达0.1°/s；驱动角速率为1000r/min时,陀螺灵敏度为6.69mv/°/s,非线性度为0.4%,分辨率可达0.1°／s。
【作者】王宇；
【导师】张晓明；
【作者基本信息】中北大学，测试计量技术及仪器，2014，硕士
【关键词】旋转弹；MEMS陀螺；电容检测；性能测试；

【参考文献】
[1]王蕾.中国农业银行包头分行信贷业务风险管理研究[D].内蒙古大学,金融,2014,硕士.
[2]陈菊红,郭福利,苏菊宁.考虑生产能力约束和销售成本递增情形下的供应链协调[J].控制与决策,2011,01:145-148.
[3]韦北余.基于机载合成孔径雷达的目标定位技术研究[D].南京航空航天大学,通信与信息系统,2012,硕士.
[4]常发亮,刘静,乔谊正.基于遗传算法的彩色图像二维熵多阈值自适应分割[J].控制与决策,2005,06:674-678.
[5]和欢.从此在到凡人：本真的生活[D].广西师范大学,外国哲学,2013,硕士.
[6]徐贵宝.IPTV关键技术研究与标准制定[J].电信网技术.2006(04)
[7]徐晓红.新中国中学历史课程标准文化史内容选择的价值取向研究[D].西南大学,课程与教学论,2013,硕士.
[8]王梓源.预制装配式塔桅结构基础抗倾覆性能研究[D].中国矿业大学,结构工程,2014,硕士.
[9]刘玉玉.我国自然灾害预防管理审计问题研究[D].山东财经大学,会计学,2014,硕士.
[10]胡万年.康德自由思想研究[D].安徽大学,西方哲学,2004,硕士.
[11]韩剑宏,林庚,倪文,徐丽.浅谈钢材的绿色制造及绿色度评价[J].包钢科技,2004,01:70-73.
[12]周星慧.城市交通网络税费问题的模型及算法[D].苏州大学,计算数学,2013,硕士.
[13]匡芳君1,2,金忠1,徐蔚鸿1,3,张思扬2.Tent混沌人工蜂群与粒子群混合算法[J].控制与决策.
[14]余倩.武汉新城居住区功能湿地与城市湿地结合规划研究[D].华侨大学,建筑学（专业学位）,2014,硕士.
[15]郑婷婷.猕猴去细胞神经支架移植联合细胞外ATP诱导神经再生的实验研究[D].遵义医学院,外科学（专业学位）,2013,硕士.
[16]魏勇.小学三年级数学成就测验的初步编制[D].湖南师范大学,基础心理学,2004,硕士.
[17]张洁.信号控制交叉口行人交通特性分析[D].长安大学,交通运输工程（专业学位）,2014,硕士.
[18]张瑶.网络环境下高校校园文化建设研究[D].兰州理工大学,思想政治教育,2013,硕士.
[19]樊剑章.（氢）氧化镍/碳复合电极材料的制备及其电化学电容性质[D].新疆大学,2013.
[20]高强.基于矩阵变换器电压激励的永磁同步电机无传感器控制技术[J].电力系统自动化,2014,07:101-104.
[21]陈品贤.孕期肥胖对子代心功能异常程序化的影响及其机制研究[D].广州医科大学,心血管药理学,2014,硕士.
[22]赵宗兴.影响山东省高校篮球运动开展的主客观因素分析[D].山西师范大学,体育教育训练学,2014,硕士.
[23]毛伟峰.CXCL12在大鼠创伤性脑损伤后所起作用的研究[D].苏州大学,人体解剖与组织胚胎学,2013,博士.
[24]章利民.S公司实施ERP影响因素分析与研究[D].吉林大学,工业工程,2012,硕士.
[25]田佳.建设银行山东省分行企业年金发展战略研究[D].西南交通大学,工商管理,2012,硕士.
[26]陈浩林,倪成洲,邢筱君,李晓东,李希波,韦秀波,刘原英,袁学东.气枪阵列远场子波模拟与应用[J].石油地球物理勘探,2008,06:623-625+605-606+742.
[27]胡永生.轨道电路分路不良整治方案研究[J].铁道通信信号.2008(05)
[28]张彩霞.家蚕正反交F_1代SAGE文库的构建与分析及差异基因的时空表达谱研究[D].苏州大学,发育生物学,2012,硕士.
[29]韩发,贲桂英,师生波.青藏高原不同海拔矮嵩草蛋白质、脂肪和淀粉含量的变异[J].植物生态学报,1997,02:2-9.
[30]丁效明.烷基二苯磺酸钠型双阴离子表面活性剂的合成及性能研究[D].安徽大学,有机化学,2013,硕士.
[31]张兵.基于负载观测的PMSM抗扰动研究与实现[D].西南交通大学,机械电子工程,2014,硕士.
[32]雷磊.基于时频分析的线性调频信号检测与参数估计[D].西安电子科技大学,电路与系统,2012,硕士.
[33]赵伟国.热式气体质量流量测量方法及系统研究[D].浙江大学,2009.
[34]王斐斐.沈从文文学批评研究[D].牡丹江师范学院,文艺学,2012,硕士.
[35]崔迎迎.太白山宣传手册汉英翻译实践报告[D].大连海事大学,英语笔译,2014,硕士.
[36]黄明.晋西黄土区降雨要素和不同植被覆盖条件对流域输沙的影响[D].北京林业大学,地图学与地理信息系统,2013,硕士.
[37]黄嵩.反义抑制PCR检测结核杆菌耐利福平变异菌株方法以及临床应用的研究[D].华中科技大学,药理,2012,硕士.
[38]施韬,许修超,沈佳燕.ASR-硫酸盐侵蚀双重作用下混凝土的损伤特点[J].新型建筑材料,2013,11:18-21.
[39]刘俐君.在陆学习的台湾大学生跨文化适应情况及影响因素探究[D].华东师范大学,应用心理学,2013,硕士.
[40]史庆周,孟庆有,赵恒传,邢德臣.高速铝板轧机液压厚调计算机控制系统研究[J].自动化学报,1990,03:276-280.
[41]马丽.词块教学法在大学英语口语教学中的应用研究[D].河北师范大学,学科教学,2014,硕士.
[42]杨华.高温和氧化条件下酵母细胞应激产生活性物质的研究[D].天津科技大学,发酵工程,2004,硕士.
[43]曹斌,涂序彦.适用于工程设计的多智体协商冲突解决方法研究[J].计算机工程与设计,2002,09:1-3+21.
[44]汤玲玲.中西方体育文化差异对我国学校体育教育影响的研究[D].安徽工程大学,体育人文社会学,2012,硕士.
[45]方晓芙.遥感图像中战略目标识别方法研究[D].西北工业大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[46]程惠芳,陆嘉俊.知识资本对工业企业全要素生产率影响的实证分析[J].经济研究,2014,05:174-187.
[47]庞夫星.基于聚类分析的烟草行业客户细分研究[D].山东财经大学,管理科学与工程,2014,硕士.
[48]黄鹂.基于无线传感器网络的室内复杂环境下的目标跟踪[D].东北大学,控制理论与控制工程,2011,硕士.
[49]张志远.基于WEB文本挖掘的客户知识采集方法研究[D].国防科学技术大学,2003.
[50]顾巧玲.B2C环境下网站临场感与消费信任及购买意愿的关系研究[D].苏州大学,企业管理,2014,硕士.