抗过载双质量块微机械陀螺结构设计与分析

发布时间：2025-07-19 03:27

　　微机械陀螺是利用科氏效应来测量外界角速率信号的传感器,具有尺寸小、成本低、功耗低和可靠性高等优点,被广泛应用于定位导航和军工装备领域,近些年作为制导炮弹的惯性器件,也是其重要的发展方向,由于制导炮弹的发射过载很大,因此提出了抗高过载环境的适应性要求。本文设计了一种抗过载双质量块微机械陀螺结构,并对其结构性能、力学特性以及抗过载能力进行了分析与验证。主要研究内容如下:（1）论文通过对微机械陀螺工作原理、过载冲击原理和结构失效机理的分析,确定了抗过载双质量块结构的布局方案,并对微机械陀螺的弹性梁、机械耦合机构、驱动检测机构以及缓冲止挡抗过载机构进行了结构设计与参数计算。（2）针对设计的抗过载微机械陀螺进行了结构性能和力学特性的仿真分析,模态分析显示,双质量块结构反相模态的频率低于同向模态且实现了分离;抗过载性能分析显示,结构在三个方向的抗过载能力分别为16800g,15200g,20000g;并进一步通过振动特性分析、重力分析和热固耦合分析对结构性能和强度进行了分析验证。（3）对整个双质量块微机械陀螺进行了系统性能分析,计算了结构的品质因数、灵敏度、带宽以及热机械噪声,建立了驱动模块、检测模...

【文章页数】：105 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1第一款微机械陀螺Fig.1-1Thefirstmicromechanicalgyroscope

击下的响应进行了理论分析，并通过有限元仿真分析和过载测试试验方法对其进行了验证，得到了相应的进展，但对于MEMS惯性器件尤其是微机械陀螺的分析尚不见多。相比于其他MEMS器件，微机械陀螺的结构较为复杂，增加了其抗过载设计的难度。本文的研究目的在于结合典型MEMS器件在过载冲击下对....

图1-2音叉式微陀螺Fig.1-2Tuningforkmicrogyroscope

机械陀螺的研究发展现状1.2.1国外研究现状第一款微机械陀螺如图1-1所示，是由美国Draper实验室在1988年研制的[9]，当时MEMS工艺处于起步阶段，工艺不成熟，因此加工过程中对结构的性能造成了严重的影响。之后随着微机械陀螺和MEMS工艺的不断发展，Draper实验室对微....

图1-3Honeywell研制的陀螺结构

中北大学学位论文3微机械陀螺，其结构如图1-4所示，但在20000g的过载环境测试中，微陀螺的相关性能指标发生了严重退化[13]，其零偏稳定性变为原来的587%，标度因数稳定性变为原来的218%，但结构未遭到明显破坏。图1-3Honeywell研制的陀螺结构图1-4THALES公....

图1-4THALES公司的微机械陀螺仪ellFig.Fig.1-4MicrogyroscopemadeinTHALES

中北大学学位论文3微机械陀螺，其结构如图1-4所示，但在20000g的过载环境测试中，微陀螺的相关性能指标发生了严重退化[13]，其零偏稳定性变为原来的587%，标度因数稳定性变为原来的218%，但结构未遭到明显破坏。图1-3Honeywell研制的陀螺结构图1-4THALES公....

本文编号：4057906