石英微機(jī)電陀螺是一種哥氏(Coriolis)振動(dòng)陀螺,其敏感芯片采用音叉式結(jié)構(gòu),工作時(shí)音叉處于諧振狀態(tài)。敏感芯片具有多階模態(tài),前9階模態(tài)覆蓋頻率為3～21 kHz。敏感芯片的部分模態(tài)易受外部振動(dòng)影響而導(dǎo)致敏感芯片產(chǎn)生共振,使陀螺產(chǎn)生零位偏移誤差,陀螺的零位偏移誤差可達(dá)0.5 (°)/s。該文分析了敏感芯片模態(tài)共振誤差機(jī)理,提出通過結(jié)構(gòu)錯(cuò)頻設(shè)計(jì)避免外部環(huán)境特定頻率對(duì)敏感芯片的影響,從而抑制了零位偏移誤差,零位偏移誤差減小到約0.03 (°)/s,提高了陀螺的振動(dòng)環(huán)境適應(yīng)性。

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【部分圖文】：

圖1雙端音叉敏感芯片結(jié)構(gòu)示意圖

圖1為采用雙端音叉結(jié)構(gòu)的敏感芯片結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為石英微機(jī)電陀螺的工作原理。由圖1,2可看出,驅(qū)動(dòng)音叉被激勵(lì)并以其固有頻率諧振,在輸入軸向有角速度輸入ωi時(shí),由于哥氏力的作用,使檢測音叉做受迫振動(dòng),振動(dòng)幅度正比于驅(qū)動(dòng)音叉運(yùn)動(dòng)的速度和輸入角速度。利用石英晶體的壓電效應(yīng),將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)....

圖2石英微機(jī)電陀螺工作原理圖

圖1雙端音叉敏感芯片結(jié)構(gòu)示意圖2頻率特性分析

圖3雙端音叉敏感芯片前9階模態(tài)振型示意圖

石英微機(jī)電陀螺雙端音叉敏感芯片具有復(fù)雜的模態(tài)振型,芯片的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)參數(shù)決定不同的諧振模態(tài)。利用有限元分析法進(jìn)行結(jié)構(gòu)仿真分析,該類型結(jié)構(gòu)的前9階模態(tài)振型如圖3所示,其中第七、八階分別是驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測模態(tài)。驅(qū)動(dòng)模態(tài)是驅(qū)動(dòng)音叉在xy平面內(nèi)諧振,檢測模態(tài)是驅(qū)動(dòng)音叉與檢測音叉在yz平面....

圖4檢測音叉掃頻仿真分析響應(yīng)曲線

對(duì)敏感芯片進(jìn)行3～21kHz的掃頻分析(見圖4),在其各階模態(tài)頻率處會(huì)引起共振,導(dǎo)致檢測音叉產(chǎn)生位移。雙端音叉結(jié)構(gòu)的石英陀螺敏感芯片,其檢測音叉上檢測電極的設(shè)計(jì)對(duì)音叉x、z方向的位移敏感,音叉在這2個(gè)方向產(chǎn)生位移,會(huì)通過石英晶體的壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),如果該信號(hào)不能抵消或在信號(hào)....

本文編號(hào)：3994403