学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

硅微陀螺的设计与仿真

作　者: 刘军洁
导　师: 王伟
学　校: 西安工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 硅微陀螺 MEMS技术有限元仿真分析优化设计抗过载能力灵敏度
分类号: V241.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 190次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

硅微陀螺作为MEMS技术的一个重要应用领域,由于其体积小、重量轻、性能稳定以及成本低廉等优势,自问世以来,已被广泛应用于航空航天等国防军事领域以及汽车和电子等民用领域,是各国关注的重点研发技术之一,具有强大的生命力和广泛的应用前景。本文围绕一种无需真空封装,可在大气环境下工作的Z轴硅微机械陀螺仪,通过对敏感结构仿真和优化设计,进行陀螺器件的设计和特性研究。主要研究内容如下：针对本陀螺主要应用于高过载环境,以及采用MEMS体硅工艺加工技术,通过对折叠梁和电容梳齿等结构设计分析,使用静电驱动、电容检测的器件设计模式,完成陀螺敏感器件的整体结构设计,提出一种具有较大质量块以及解耦能力的高灵敏度器件结构。其次,基于ANSYS有限元仿真分析技术,完成陀螺的抗过载分析、模态分析、空气阻尼分析以及结构稳定性分析等,仿真结果表明,陀螺初步设计具有一定的抗过载能力和电容检测能力,但是与其目标性能指标要求仍存在一定差距。最后,根据器件仿真分析结果,以及硅微陀螺主要性能指标要求,从指标性约束和设计性约束两方面考虑,结合体硅加工工艺特点,确定优化目标函数,完成整体结构的优化设计,得到敏感元器件的最终模块布局与几何参数。经过理论分析与仿真实践验证,优化后的大质量块陀螺敏感器件具有较高的抗过载能力,结构性能稳定,解耦能力强,灵敏度较高,电容检测能力较强,基本上满足应用于军事弹药的性能要求,为陀螺的进一步研制提供了重要的参数依据和打下了坚实基础。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 硅微陀螺概述  8-10
    1.1.1 硅微陀螺分类  8-9
    1.1.2 硅微陀螺性能指标  9-10
  1.2 硅微陀螺国内外研究现状  10-13
  1.3 论文的研究目的和意义  13-14
  1.4 论文研究内容  14-16
2 硅微陀螺设计基础  16-28
  2.1 硅微陀螺基本原理  16-17
  2.2 硅微陀螺工作模态  17-22
    2.2.1 硅微陀螺动力学分析  17-19
    2.2.2 静电驱动模态设计  19-21
    2.2.3 电容检测模态设计  21-22
  2.3 硅微陀螺空气阻尼  22-27
    2.3.1 流场建模  22-24
    2.3.2 滑膜阻尼  24-25
    2.3.3 压膜阻尼  25-27
  2.4 本章小结  27-28
3 硅微陀螺结构设计  28-36
  3.1 有限元技术简介  28-29
    3.1.1 有限元方法  28
    3.1.2 ANSYS有限元软件  28-29
  3.2 梁、电容梳齿结构设计  29-34
    3.2.1 梁结构方案设计  29-33
    3.2.2 电容梳齿结构方案设计  33-34
  3.3 整体结构设计  34-35
  3.4 本章小结  35-36
4 硅微陀螺仿真分析  36-53
  4.1 抗过载仿真分析  36-45
    4.1.1 三维建模过载分析  36-40
    4.1.2 二维建模过载分析  40-45
  4.2 模态仿真分析  45-49
    4.2.1 三维建模模态分析  45-46
    4.2.2 二维建模模态分析  46-49
  4.3 空气阻尼仿真分析  49-52
    4.3.1 品质因数  51-52
    4.3.2 灵敏度  52
  4.4 本章小结  52-53
5 硅微陀螺优化设计与仿真  53-59
  5.1 结构优化设计方法概述  53
  5.2 抗过载优化设计  53-55
    5.2.1 优化模型  53-54
    5.2.2 整体质量优化  54-55
    5.2.3 最大变形位移优化  55
  5.3 模态优化设计  55-57
  5.4 阻尼优化分析  57-58
  5.5 本章小结  58-59
6 结论与展望  59-60
  6.1 结论  59
  6.2 展望  59-60
参考文献  60-63
攻读硕士学位期间发表的论文  63-64
致谢  64-66

硅微陀螺的设计与仿真

内容摘要

全文目录

相似论文