慢衰减抗振动MEMS半环谐振陀螺及其制造方法研究

基本信息
批准号:51475423
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:谢金
学科分类:
依托单位:浙江大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:聂勇,丁弘,赵久烜,傅利峰,王一翔
关键词:
微传感器三维微加工微电子机械系统半环谐振陀螺CVD金刚石
结项摘要

In the current MEMS hemispherical resonator gyroscopes (HRG),the bias stability is limited due to short decay time of the shell structure. To solve the problem, with the improved 3D shell structure of resonator, a half-toroidal resonator gyroscope based on diamond MEMS is proposed in this project. Characteristics of slow decay and anti vibration are studied, and the micromachining technology is developed for the proposed gyroscope. The half-toroidal shell structure in the gyroscope has advantages of low resonate frequency, high quality factor and wide frequency gap between wineglass mode (n=2) and disturbance modes,which help improve decay time and vibration immunity. Dynamics of the 3D axisymmetric shell gyroscope is analyzed and modeling method including scale effect and multi-field couplings are presented. Mutual influence between frequency characteristics, quality factor, angle scale factor and modal distribution are studied. A 3D micromachining technology based on micro-EDM is developed to fabricate the half-toroidal molds with quantitative control of dimensions. A new integration process flow is established to develop the MEMS half-toroidal resonator gyroscope working in rate-integrating mode. The study of slow-decay and anti-vibration MEMS half-toroidal resonator gyroscope provides fundamental theory and technology support for the realization of inertial-grade high precision microscale gyroscope.

现有MEMS半球谐振陀螺的零偏置稳定性因壳体衰减时间短而受到限制。针对这一问题,本项目改进三维壳谐振子结构,提出一种基于金刚石MEMS的半环谐振陀螺设计,并对其慢衰减抗振动特性和微制造方法进行研究。陀螺半环壳结构有谐振频率低、品质因数高、四波腹振型和干扰振型的频率间隔宽等优点,有助于提高衰减时间和抗振动稳定性。建立三维轴对称半环壳谐振陀螺的动力学模型,分析半环谐振陀螺中包含微尺度效应的多场耦合建模方法,研究半环壳频率特性、品质因数、角度增益因子和振型分布特征之间的相互影响规律。提出基于微电火花加工的半环凹模三维曲面的结构定量控制微加工方法,建立三维轴对称陀螺的新集成工艺,开发基于金刚石MEMS的半环谐振陀螺样机,实现微型速率积分陀螺。慢衰减抗振动MEMS半环谐振陀螺的研究可为惯性级别高精度微型陀螺的制造提供理论基础和技术支持。

项目摘要

针对现有MEMS平面陀螺零偏置和角度随机游走等参数无法达到导航级别精度的问题,本项目研究了基于金刚石MEMS微半球谐振陀螺,改进三维壳谐振子结构,提出一种半环谐振陀螺设计,并对其慢衰减抗振动特性和微制造方法进行研究。陀螺半环壳结构有谐振频率低、品质因数高、四波腹振型和干扰振型的频率间隔宽等优点,有助于提高衰减时间和抗振动稳定性。研究了三维半环壳谐振陀螺的动力学模型和多场耦合建模方法,推导半环壳的等效质量和弹簧刚度,分析角度增益因子的影响因素和灵敏度温度系数,研究包含多场耦合问题的建模方法。建立三维硅微加工工艺,分析HNA硅各向同性腐蚀加工参数,优化该方法的三维加工特性,批量加工出高对称的光滑半环形凹模。采用CVD金刚石可提高半环壳的品质因数,表征CVD金刚石的材料属性,研究半环壳形成工艺和电极形成工艺。从材料和结构分析CVD金刚石在半球谐振陀螺应用中的品质因数的影响规律。根据设计建立陀螺新集成工艺,解决因半环结构而使传统的MEMS沉积和刻蚀由二维扩展至三维的工艺难题,实现高质量半球谐振子。基于金刚石MEMS的微半环谐振陀螺的研究为惯性级别高精度的MEMS陀螺的实现提供理论基础和技术。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

DOI:10.14188/j.1671-8844.2019-03-007
发表时间:2019
2

主控因素对异型头弹丸半侵彻金属靶深度的影响特性研究

主控因素对异型头弹丸半侵彻金属靶深度的影响特性研究

DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2020.09.026
发表时间:2020
3

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

DOI:
发表时间:2018
4

基于协同表示的图嵌入鉴别分析在人脸识别中的应用

基于协同表示的图嵌入鉴别分析在人脸识别中的应用

DOI:10.3724/sp.j.1089.2022.19009
发表时间:2022
5

基于图卷积网络的归纳式微博谣言检测新方法

基于图卷积网络的归纳式微博谣言检测新方法

DOI:10.3785/j.issn.1008-973x.2022.05.013
发表时间:2022

相似国自然基金

1

嵌套环式MEMS振动陀螺的结构优化设计理论与方法

批准号:51575521
批准年份:2015
负责人:肖定邦
学科分类:E0512
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
2

波瓣式微壳体振动陀螺结构设计理论及其制造方法研究

批准号:51505490
批准年份:2015
负责人:侯占强
学科分类:E0512
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
3

高性能圆柱壳体振动陀螺的高精度制造理论与方法

批准号:51335011
批准年份:2013
负责人:吴学忠
学科分类:E0509
资助金额:300.00
项目类别:重点项目
4

频率型陀螺谐振子的参数激励振动特性研究

批准号:61503018
批准年份:2015
负责人:李艳
学科分类:F0303
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目