靜電驅(qū)動硅基介觀壓阻式微陀螺儀設(shè)計與相關(guān)陀螺測試.pdf

1、微機(jī)械陀螺儀由于其體積小、功耗低以及可靠性高等優(yōu)點，而在慣性測量領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。共振隧穿器件是基于分子束外延（MBE）技術(shù)的新型介觀壓阻器件，其靈敏度比硅壓阻靈敏度高約一個數(shù)量級，且受溫度的影響較小。將其應(yīng)用于微機(jī)械陀螺的研究本質(zhì)上可提高陀螺的靈敏度。針對該隧穿器件的應(yīng)用設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)新穎的陀螺，結(jié)合硅基異質(zhì)外延砷化鎵單晶薄膜技術(shù)，不但實現(xiàn)了高靈敏度隧穿器件在陀螺上的集成，而且可應(yīng)用成熟硅微加工技術(shù)實現(xiàn)高深寬比陀螺結(jié)構(gòu)的加工。<

2、br>　　論文在對微機(jī)械陀螺工作原理進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，對微機(jī)械陀螺的動力學(xué)方程進(jìn)行了分析。同時對靜電驅(qū)動原理、介觀壓阻檢測原理的相關(guān)理論進(jìn)行了分析研究。提出了一種采用基于硅基—砷化鎵材料的陀螺結(jié)構(gòu)，其中陀螺結(jié)構(gòu)采用硅材料加工，敏感元件采用砷化鎵材料加工。通過大量的理論分析與仿真研究，確定了結(jié)構(gòu)具體的尺寸參數(shù)。并對陀螺的固有頻率、結(jié)構(gòu)阻尼等進(jìn)行了研究，驗證了陀螺結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性；通過路徑分析確定了敏感元件的放置位置，以獲得較高的靈敏度。<

3、br>　　通過對陀螺加工過程中關(guān)鍵工藝的詳細(xì)說明以及與加工單位的協(xié)調(diào)研究，設(shè)計并確定了陀螺加工的具體工藝流程與加工版圖，其中敏感元件的加工采用表面微加工技術(shù)，陀螺結(jié)構(gòu)的加工采用體微加工技術(shù)。
　　利用課題組所研究的成果，對一種電磁式介觀壓阻陀螺進(jìn)行了性能測試，驗證了陀螺敏感元件RTD具有負(fù)阻效應(yīng)，另外也得到陀螺的驅(qū)動頻率大于等于4KHz。利用三軸轉(zhuǎn)臺進(jìn)行測試，在-1000—0°/s與0—1000°/s的角速度范圍內(nèi)陀螺的靈敏度分別