硅微机械振动陀螺_王宏伟_9787569291216

本书介绍了静电驱动式硅微机械振动陀螺和旋转载体驱动式硅微机械振动陀螺的工作原理，对静电驱动式和旋转载体驱动式两种硅微机械振动陀螺的动力学模型进行分析，求解得到其运动方程。在此基础上，着重对旋转载体驱动式硅微机械振动陀螺完整的制作工艺和信号处理等方面进行了介绍。该陀螺作为一种特殊的陀螺，专用于敏感旋转载体的横滚或俯仰角速度，如旋转弹等。

前言
本书介绍了研制一种全新的硅微机械陀螺的过程。该陀螺具有设计新颖、结构简单、质量轻、成本低等优点，适用于敏感旋转载体的偏航或俯仰角速率。例如，用于各种口径、旋转速率在10～25Hz范围的火箭弹姿态控制和高速旋转炮弹的姿态控制。
（1）从理论上较全面深入地研究了该硅微机械陀螺的动力学行为，论证了该陀螺的敏感元件结构和封装结构、微机械加工和封装工艺流程，以及电容电压变换和信号放大电路，并进行了敏感元件和电路的制作，后完成了包含测试电路的硅微机械陀螺整体制作和测试。
（2）应用陀螺力学理论推导给出了该硅微机械陀螺的数学模型，为旋转体用硅机械陀螺的研制提供了理论依据。用弹性力学理论分析求解了硅振动元件弹性梁的扭转刚度，用流体动力学理论求解了硅振动元件振动的阻尼系数。结合陀螺敏感元件结构，推导给出了电桥输出电压与摆角的关系，进而求得陀螺的灵敏度。
（3）对硅振动元件所受的静电力矩进行了计算，得到和弹性力矩相比静电力很小的结果。对陀螺温度性能进行了计算，得到温度变化引起该陀螺性能变化主要取决于信号处理电路的温度性能的结论。
（4）在硅腐蚀工艺中，选用腐蚀温度为104℃的KOH溶液进行硅腐蚀，收到了快速腐蚀的良好效果。针对该陀螺敏感元件结构，在加工硅振动元件的工艺中，把整个加工过程分为两个阶段来进行(即４in（10．16 cm）硅片的腐蚀和硅振动元件分离单元的腐蚀)，从而简化了工艺难度。
（5）设计和分析了信号提取电路，得到在10～25Hz频率范围内放大倍数等于47，相位差在5．5～8范围内的信号处理电路。
（6）对研制得到的陀螺样机进行了常温性能测试，在旋转载体的旋转速率为12Hz时，该陀螺的零位漂移在20 min内为0．04/s，测量范围为275/s，比例系数为28．16mV/［（）· s-1］，非线性度为2．4%FS。
王宏伟
2021年9月25日

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