JSgydF4y2Ba 杂志上的传感器gydF4y2Ba 1687 - 7268gydF4y2Ba 1687 - 725 xgydF4y2Ba Hindawi出版公司gydF4y2Ba 10.1155 / 2016/4615389gydF4y2Ba 4615389gydF4y2Ba 研究文章gydF4y2Ba 模态分析的单一结构Multiaxis MEMS陀螺仪gydF4y2Ba 沙阿gydF4y2Ba 穆罕默德•阿里gydF4y2Ba 1、2gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 伊克巴尔gydF4y2Ba 费萨尔gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 沙阿gydF4y2Ba Ibrar阿里gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba http://orcid.org/0000 - 0003 - 3918 - 2705gydF4y2Ba 李gydF4y2Ba ByeungleulgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba LupangydF4y2Ba 奥列格gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 机电工程学院gydF4y2Ba 韩国科技大学和教育(KoreaTech)gydF4y2Ba 1600年Chungjeol-rogydF4y2Ba Byeongcheon-myeongydF4y2Ba Dongnam-gugydF4y2Ba Cheonan-sigydF4y2Ba Chungcheongnam-do 330 - 708gydF4y2Ba 韩国gydF4y2Ba koreatech.ac.krgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba eng高级研究所(eng C&T)gydF4y2Ba 贺山2-rogydF4y2Ba Geumcheon-gugydF4y2Ba 首尔gydF4y2Ba 韩国gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 计算机软件工程系gydF4y2Ba 工程技术大学白沙瓦gydF4y2Ba 马尔丹校园gydF4y2Ba 开伯尔-普赫图赫瓦省gydF4y2Ba 巴基斯坦gydF4y2Ba uetpeshawar.edu.pkgydF4y2Ba 2016年gydF4y2Ba 14gydF4y2Ba 12gydF4y2Ba 2016年gydF4y2Ba 2016年gydF4y2Ba 30.gydF4y2Ba 07年gydF4y2Ba 2016年gydF4y2Ba 11gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 2016年gydF4y2Ba 16gydF4y2Ba 11gydF4y2Ba 2016年gydF4y2Ba 2016年gydF4y2Ba 版权©2016年穆罕默德·阿里沙等。gydF4y2Ba 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。gydF4y2Ba

本文报告设计一个单一结构屏遮MEMS电容式陀螺仪是能够测量三个角速度的一个驱动器。支持交叉耦合的z字形梁弹簧应用于抑制不必要的模式,减少压力的影响在春天结束。独特的耦合弹簧已经改变了传动,由于幻灯片阻尼的驱动方式一直在减少。减少会导致更高的性能的传感器对真空度要求较低,降低了制造成本。仿真分析已经完成在COMSOL多重物理量和Matlab仿真软件为制造定型。有限元分析后,开车,gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 敏感技术,gydF4y2Ba zgydF4y2Ba 敏感技术,gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 敏感技术,分别是13.30 KHz, 13.40 KHz, 13.47 KHz,和13.51 KHz。gydF4y2Ba

 贸易、工业和能源gydF4y2Ba 10054578gydF4y2Ba 1。介绍gydF4y2Ba

今天大部分的惯性传感器是基于微机电系统(MEMS)。由于使用MEMS技术,重量轻的当代传感器设计,低成本,小体积。与MEMS传感器的优势实现高性能与低功耗gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba]。MEMS惯性传感器包括陀螺仪和加速度计。加速度计和陀螺仪传感器之间的MEMS行业发挥着重要的作用。陀螺仪用于测量三个垂直的轴旋转角,也就是说,gydF4y2Ba xgydF4y2Ba - - - - - -,gydF4y2Ba ygydF4y2Ba ,或gydF4y2Ba zgydF4y2Ba 设在,而加速度计用于线性加速度。陀螺仪用于衡量一个轴旋转称为单轴陀螺仪而陀螺仪用于多个轴被称为multiaxis陀螺仪。大多数情况下,单轴陀螺仪gydF4y2Ba zgydF4y2Ba 设在设计不同的方法识别的研究(gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba]。同时,许多multiaxis陀螺仪设计出版了传感两个或三个轴角速度(gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 8gydF4y2Ba]。在[gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 8gydF4y2Ba),提出了设计需要三个独立的驱动电压,因为他们是基于三个驱动结构。然而,这些设计,导致复杂的电路和更多的能源消耗。gydF4y2Ba

由于规模小,性能高,单一结构屏遮陀螺仪目的是MEMS传感器产业。单一结构的使用陀螺仪不仅简化了电子设计,也会导致低功耗,低成本,减少了噪声在整个系统。这些优势铺平途径广泛应用惯性测量单元(imu)的行业,例如,电子稳定控制,身体运动动力学,手机游戏,图像稳定等等。gydF4y2Ba

赢得空间,大多数MEMS艾莫斯两平面设计结合加速度计和陀螺仪(gydF4y2Ba xgydF4y2Ba - - -gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 相互重合的平面外加速度计和陀螺仪(gydF4y2Ba zgydF4y2Ba 设在),它允许将所有传感器在单个芯片上(gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba]。单独传动质量有优势调整所有的陀螺仪(gydF4y2Ba xgydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba ygydF4y2Ba - - - - - -,gydF4y2Ba zgydF4y2Ba 陀螺仪)在一个结构减少了6-degree-of-freedom(绑)IMU死大小和MEMS传感元件的成本gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 11gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

运动传感组合传感器是一个热门话题由于艾莫斯的广泛应用以及市场潜力和球员之间的竞争。最近,由于日益增长的趋势6 -和9-DOF设备应用,现场领导人(例如,意法半导体,博世,Invensense AKM,和mCube等等)设计了创新的技术解决方案,正确的专利(gydF4y2Ba 12gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 13gydF4y2Ba)来保护自己的发明。gydF4y2Ba

为提高艾莫斯性能和尺寸减少,许多不同的设计发表针对单一结构屏遮MEMS陀螺仪(gydF4y2Ba 13gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 16gydF4y2Ba]。的研究(gydF4y2Ba 13gydF4y2Ba)表明一个集成的单驱动三轴MEMS陀螺仪,驱动结构有所改善,改善驾驶运动取得了利用交叉耦合弹簧。耦合驱动质量确保他们与给定阶段由于弹性耦合同步运动元素。联轴器的传动质量,使他们相互同步运动,作者在gydF4y2Ba 15gydF4y2Ba)建议u型同步温泉附近的中心设备。的研究(gydF4y2Ba 16gydF4y2Ba]提出了振动环弹簧的设计使所有必要传感方案提出硬件角速率。另一个单一结构triaxis陀螺设计已申请专利gydF4y2Ba 17gydF4y2Ba];然而,拟议的陀螺设计利用锚在春天的耦合系统,可以有锚在驱动方式操作期间的损失。此外,这些锚的使用也增加了复杂性和制造步骤。gydF4y2Ba

意法半导体之间的冲突和Invensense也为研究人员打开了新方法的单一结构屏遮陀螺仪。例如,一个单一结构分析了硬件陀螺仪减少有关耦合通过使用二次辅助质(gydF4y2Ba 18gydF4y2Ba]。在[gydF4y2Ba 19gydF4y2Ba),作者提出了一个单驱动陀螺仪质量高的共振频率。gydF4y2Ba

在MEMS运动传感器设计中,弹性元素扮演非常重要的角色。这是由于一个事实,即弹簧梁设计的,能够提供所需的转导,传输振动和能改善系统的影响。以来,陀螺仪是受到外力的影响和加速度,因此,它成为关键提供振动系统的弹性系数和减轻弹簧梁的外部影响。为此,许多研究已经完成在弹性元件(gydF4y2Ba 20.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 21gydF4y2Ba]。在[gydF4y2Ba 21gydF4y2Ba),作者分析了MEMS传感器技术中常用的弹簧的性能。gydF4y2Ba

折叠弹簧已经使用在许多出版MEMS惯性传感器设计由于低横轴误差(gydF4y2Ba 22gydF4y2Ba),这些传感器的移动部件的完美动作。另外,在单一结构MEMS陀螺仪的设计,折叠或u形弹簧的耦合主要用于传动质量。加入单独传动质量需要耦合成一个春天。几乎所有前面的建议设计提出的使用相同的典型耦合弹簧。例如,设计提出了(gydF4y2Ba 15gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 16gydF4y2Ba)建议使用u型耦合弹簧。然而,u型和交叉耦合弹簧导致更高的应力性骨折而新的独特的耦合弹簧建议摘要,这是连接两个点的驾驶质量。由于单点附件的u型和交叉耦合弹簧驱动质量,他们收到大压力效应终点(图gydF4y2Ba 3 (b)gydF4y2Ba),在操作会导致弹簧断裂。gydF4y2Ba

在本文中,一个单一结构屏遮MEMS陀螺仪已经提出了一个独特的耦合弹簧。z字形梁的支持已经引入了折叠弹簧和抑制不需要的模式。耦合弹簧由折叠弹簧支持z字形光束。这封信提出的工作是我们之前的扩展研究[gydF4y2Ba 23gydF4y2Ba]分析了设计和结果呈现在COMSOL广泛的仿真设计的多重物理量和Matlab仿真软件。gydF4y2Ba

 2。结构分析的设计gydF4y2Ba

该设计是一个单一结构三轴MEMS电容式陀螺仪与1428年的维度gydF4y2Ba μgydF4y2Bam×1428gydF4y2Ba μgydF4y2Bam。该装置固定在五个位置。陀螺仪包括四个驾驶质量四个耦合的耦合弹簧如图gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba。该设计能够测量螺距,滚,偏航角速度电极盘子可以放在下面的衬底gydF4y2Ba xgydF4y2Ba - - -gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 敏感技术质量的证据。应用辊角速度,gydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba xgydF4y2Ba MEMS陀螺仪,电极下面gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 敏感技术证明质量是用来应用辊角速度,gydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba xgydF4y2Ba 。同样,角速度,gydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba ygydF4y2Ba 感觉到利用下的电极gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 敏感技术质量的证据。此外,遥感偏航角速度,每个gydF4y2Ba ZgydF4y2Ba 感觉质量包括gydF4y2Ba ZgydF4y2Ba 感觉移动和固定电极。发现偏航角速度,gydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba zgydF4y2Ba ,固定和可移动电极之间的电容的变化来衡量。当一个偏航角速度,gydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba zgydF4y2Ba 应用于MEMS陀螺仪,两个gydF4y2Ba ZgydF4y2Ba 敏感技术质量在gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 方向相反。通过这种方式,改变电容固定和可移动电极之间发生。图gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba显示了该陀螺仪,包含固定部分和移动质量。进一步简化模型提出了陀螺仪在图表示gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba。在图gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba KgydF4y2Ba cgydF4y2Ba 代表春天的耦合,用于推动群众。从COMSOL共振频率的仿真结果如图所示gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

的2 d图表示提出了陀螺仪。gydF4y2Ba

拟议中的陀螺仪设计的简化模型。gydF4y2Ba

共振四个模式提出的设计要求。(一)驾驶模式,(b)gydF4y2Ba XgydF4y2Ba 敏感技术模式,(c)gydF4y2Ba ZgydF4y2Ba 敏感技术模式,(d)gydF4y2Ba YgydF4y2Ba 敏感技术模式。gydF4y2Ba

 2.1。耦合弹簧gydF4y2Ba

弹簧梁交付所需的转导,MEMS陀螺仪设计中扮演着重要的角色。提出了陀螺仪有更多的弹性元素已被正确地分布在设计让所有动作有用。几乎相同的交叉耦合弹簧被用于之前发表了陀螺仪的设计。提出设计包含一个独特的耦合弹簧包括z字形光束和折叠弹簧。gydF4y2Ba

介绍了z字形光束的支持折叠弹簧。弹簧的耦合具有以下效果:gydF4y2Ba

它减少了压力在春天结束弹簧连接在两个点驾驶质量。gydF4y2Ba

它已经改变了驾驶质量运动具有减少幻灯片阻尼效应在外面静态和移动的驱动电极。gydF4y2Ba

由于使用的z字形折叠梁弹簧,不必要的模式,已经被删除了。gydF4y2Ba

2.2。影响< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M31 " > < mml: mrow > < mml: mi > Z < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml:数学> < / inline-formula >形梁gydF4y2Ba

耦合的影响弹簧的设计进行了分析。设计模拟和没有z字形梁。之间的差异最终所需的模式和不必要的模式(未来所需的最终模式)在spring情况下进行比较。设计与z字形梁耦合弹簧(gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba )被发现有大量频率差异(gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba fgydF4y2Ba )gydF4y2Ba 之间最后的需要和不需要的频率模式而设计没有耦合的z字形梁弹簧(gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba )。所需的频率差异和不必要的模式,分别为2072 Hz, 825 Hz的设计,没有z字形梁。这一分析的基础上,设计的z字形梁的支持折叠春天是更好的比没有z字形梁的设计,因为它抑制不必要的模式设计没有z字形梁所示。此外,z字形的耦合弹簧梁有更少的压力作用在春天结束连接到驱动质量比设计没有耦合的z字形梁弹簧如图gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba。更少的压力效应背后的原因是,z字形梁耦合弹簧连接在传动质量的两个点。这两个设计具有不同耦合弹簧和共振频率图所示gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba(设计与z字形梁耦合弹簧)和图gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba(设计没有z字形梁耦合弹簧)。图gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba显示的图像频率区别两种模式的设计与两种不同的耦合弹簧gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

春天结束的耦合弹簧压力影响。(一)设计与z字形弹簧的耦合弹簧。压力效应是减少弹簧末端连接到传动质量。(b)没有春天的z字形梁耦合设计。大应力作用时•冯•米塞斯应力已经应用在驱动模式。gydF4y2Ba

设计与z字形梁耦合弹簧(gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba )。最终需要模式频率13515赫兹,而不必要的模式(未来所需的最终模式)频率是15587 Hz, 2072 Hz的差异。gydF4y2Ba

设计没有z字形梁耦合弹簧(gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba )。最终需要模式频率13536赫兹,而不必要的模式(未来所需的最终模式)频率是14361 Hz, 825 Hz的差异。gydF4y2Ba

这图显示了两个设计,两个提到的耦合弹簧。gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 显示了包含z字形梁的设计与耦合弹簧gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 显示的是没有春天的z字形梁耦合设计。所需的频率差异的模式和不必要的模式gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 是高于2072赫兹的频率差异gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

 3所示。幻灯片阻尼估计在推动模式gydF4y2Ba

一般来说,由于周围的空气阻尼可以忽略传统的机械机由于空气阻尼损耗的能量损耗的能量远远小于其他机制。然而,空气阻尼可以影响微机械设备;因此,必须最小化最大化能源消耗空气阻尼运动的机械部件的供应有限的能源。gydF4y2Ba

在微型机械振动系统中,如陀螺仪,通常可以找到两个阻尼的影响,也就是说,幻灯片和压膜阻尼。压膜阻尼主要是由于陀螺仪的出平面运动时;另一方面,幻灯片阻尼是由于横向运动的陀螺仪。流体是由navier - stokes方程。阻尼的方程,gydF4y2Ba cgydF4y2Ba ,计算gydF4y2Ba 24gydF4y2Ba从n - s方程给出如下:gydF4y2Ba (1)gydF4y2Ba cgydF4y2Ba =gydF4y2Ba μgydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba hgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba (2)gydF4y2Ba cgydF4y2Ba 库姆斯gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ngydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 库姆斯gydF4y2Ba μgydF4y2Ba ggydF4y2Ba cgydF4y2Ba +gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba λgydF4y2Ba 。gydF4y2Ba 方程(gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba)代表流体速度的阻尼系数gydF4y2Ba ugydF4y2Ba 和gydF4y2Ba vgydF4y2Ba (无滑动边界条件而gydF4y2Ba 2gydF4y2Baslip-boundary条件)。在(gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba),gydF4y2Ba ngydF4y2Ba 梳子的总数,gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 库姆斯gydF4y2Ba =gydF4y2Ba tgydF4y2Ba ×gydF4y2Ba lgydF4y2Ba cgydF4y2Ba 重叠区域的每一对梳子,gydF4y2Ba ggydF4y2Ba cgydF4y2Ba 之间的差距两个梳子,然后呢gydF4y2Ba λgydF4y2Ba 是流体分子的平均自由程。gydF4y2Ba

在提出的设计中,两双驱动的驾驶动作质量相互反对;也就是说,当一对走向中心的陀螺仪另一对远离中心,反之亦然。由于这推动群众运动,重叠区域的电极连接到一对增加而另一对减少。这种效应会导致整体减少的幻灯片阻尼(gydF4y2Ba 17gydF4y2Ba比之前公布参考设计。图gydF4y2Ba 8gydF4y2Ba显示了该陀螺仪设计推动大众移动配置与厚度,gydF4y2Ba tgydF4y2Ba 梳子的重叠长度,gydF4y2Ba lgydF4y2Ba cgydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

推动群众运动提出的配置设计。当两个物体移动外,另两个物体移动到中心的设备。gydF4y2Ba

 4所示。Matlab仿真gydF4y2Ba

模拟驱动和sense-mode操作的设计已经完成了Matlab仿真软件。由于简单的实现和零稳态误差,自动增益控制(AGC)和π是常用的自激振荡的陀螺仪(gydF4y2Ba 25gydF4y2Ba]。self-oscillating闭环,利用PI控制器,利用Matlab仿真软件模拟。机电参数在仿真期间使用如表所示gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba。块图self-oscillating控制回路图所示gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba。自激振荡回路的闭环传递函数给出gydF4y2Ba (3)gydF4y2Ba HgydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba =gydF4y2Ba ωgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba /gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba kgydF4y2Ba KgydF4y2Ba tgydF4y2Ba ogydF4y2Ba tgydF4y2Ba HgydF4y2Ba cgydF4y2Ba ngydF4y2Ba tgydF4y2Ba rgydF4y2Ba lgydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba VgydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba CgydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ωgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba /gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 问gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ωgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba /gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba kgydF4y2Ba KgydF4y2Ba tgydF4y2Ba ogydF4y2Ba tgydF4y2Ba HgydF4y2Ba cgydF4y2Ba ngydF4y2Ba tgydF4y2Ba rgydF4y2Ba lgydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba VgydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba CgydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

提出的电气参数设计。gydF4y2Ba

类型gydF4y2Ba 符号gydF4y2Ba 电容gydF4y2Ba
开车gydF4y2Ba CgydF4y2Ba DgydF4y2Ba RgydF4y2Ba VgydF4y2Ba 758 fFgydF4y2Ba
驾驶感gydF4y2Ba CgydF4y2Ba DgydF4y2Ba RgydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 503 fFgydF4y2Ba
科里奥利感gydF4y2Ba XgydF4y2Ba 陀螺gydF4y2Ba CgydF4y2Ba CgydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba XgydF4y2Ba 794 fFgydF4y2Ba
科里奥利感gydF4y2Ba YgydF4y2Ba 陀螺gydF4y2Ba CgydF4y2Ba CgydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba YgydF4y2Ba 794 fFgydF4y2Ba
科里奥利感gydF4y2Ba ZgydF4y2Ba 陀螺gydF4y2Ba CgydF4y2Ba CgydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba ZgydF4y2Ba 521 fFgydF4y2Ba

机械传动参数的设计。gydF4y2Ba

驱动参数gydF4y2Ba
频率gydF4y2Ba (gydF4y2Ba fgydF4y2Ba dgydF4y2Ba )gydF4y2Ba 刚度(gydF4y2Ba KgydF4y2Ba dgydF4y2Ba )gydF4y2Ba 质量gydF4y2Ba 推动品质因数gydF4y2Ba 耦合弹簧gydF4y2Ba
长度gydF4y2Ba 宽度gydF4y2Ba
13306赫兹gydF4y2Ba 669 N / mgydF4y2Ba 9.58gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba 8gydF4y2Ba 公斤gydF4y2Ba 2500年gydF4y2Ba 195年gydF4y2Ba μgydF4y2Ba米gydF4y2Ba 4.5gydF4y2Ba μgydF4y2Ba米gydF4y2Ba

机械传感参数的设计。gydF4y2Ba

传感参数gydF4y2Ba
品质因数= 2500gydF4y2Ba
XgydF4y2Ba 陀螺gydF4y2Ba
频率(gydF4y2Ba fgydF4y2Ba xgydF4y2Ba )gydF4y2Ba 变化的频率gydF4y2Ba(gydF4y2Ba fgydF4y2Ba xgydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba fgydF4y2Ba dgydF4y2Ba )gydF4y2Ba 刚度(gydF4y2Ba KgydF4y2Ba xgydF4y2Ba )gydF4y2Ba 惯性矩(gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba xgydF4y2Ba )gydF4y2Ba XgydF4y2Ba /gydF4y2Ba YgydF4y2Ba 陀螺仪传感春天gydF4y2Ba
长度gydF4y2Ba 宽度gydF4y2Ba
13407赫兹gydF4y2Ba 101赫兹gydF4y2Ba 91.8gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba 纳米gydF4y2Ba 12.95gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba 15gydF4y2Ba kgmgydF4y2Ba2gydF4y2Ba 776年gydF4y2Ba μgydF4y2Ba米gydF4y2Ba 3.5gydF4y2Ba μgydF4y2Ba米gydF4y2Ba
YgydF4y2Ba 陀螺gydF4y2Ba
频率(gydF4y2Ba fgydF4y2Ba ygydF4y2Ba )gydF4y2Ba 变化的频率gydF4y2Ba(gydF4y2Ba fgydF4y2Ba ygydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba fgydF4y2Ba dgydF4y2Ba )gydF4y2Ba 刚度(gydF4y2Ba KgydF4y2Ba ygydF4y2Ba )gydF4y2Ba 惯性矩(gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ygydF4y2Ba )gydF4y2Ba XgydF4y2Ba /gydF4y2Ba YgydF4y2Ba 陀螺仪传感春天gydF4y2Ba
长度gydF4y2Ba 宽度gydF4y2Ba
13515赫兹gydF4y2Ba 209赫兹gydF4y2Ba 93.9gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba 纳米gydF4y2Ba 12.95gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba 15gydF4y2Ba kgmgydF4y2Ba2gydF4y2Ba 776年gydF4y2Ba μgydF4y2Ba米gydF4y2Ba 3.5gydF4y2Ba μgydF4y2Ba米gydF4y2Ba
ZgydF4y2Ba 陀螺gydF4y2Ba
频率(gydF4y2Ba fgydF4y2Ba zgydF4y2Ba )gydF4y2Ba 变化的频率gydF4y2Ba(gydF4y2Ba fgydF4y2Ba zgydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba fgydF4y2Ba dgydF4y2Ba )gydF4y2Ba 刚度(gydF4y2Ba KgydF4y2Ba zgydF4y2Ba )gydF4y2Ba 质量gydF4y2Ba ZgydF4y2Ba 陀螺仪传感春天gydF4y2Ba
长度gydF4y2Ba 宽度gydF4y2Ba
13515赫兹gydF4y2Ba 209赫兹gydF4y2Ba 43.8 N / mgydF4y2Ba 6.13gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba 公斤gydF4y2Ba 174年gydF4y2Ba μgydF4y2Ba米gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba μgydF4y2Ba米gydF4y2Ba

框图self-oscillating控制循环。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba显示了一个驱动器的驱动电压感觉三轴陀螺仪。沉淀时间0.7秒在优化值。沉降时间可以进一步减少通过增加收益,这将导致高过头。gydF4y2Ba

驱动电压。gydF4y2Ba

还模拟了一种开环检测方案的正交误差是简化和忽略个人电荷放大器用于检测。由于提出了陀螺仪的潜在应用是消费电子产品、5角速率在不同振幅应用dps。作为输入率在共振频率、振幅调制信号相干解调是用来检测相应的输入率如图gydF4y2Ba 11gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

个人率检测。(一)输入率。(b)调制信号。(c)输出率。gydF4y2Ba

 5。结论和未来的工作gydF4y2Ba

在这项工作中,我们的重点是在小型和大型数据要求,已通过设计和模拟单一结构屏遮陀螺仪。设备的尺寸是1428gydF4y2Ba μgydF4y2Bam×1428gydF4y2Ba μgydF4y2Bam是能够测量三个相互垂直的轴。由于使用独特的耦合春天,两双驱动的驱动运动群众反对对方;也就是说,当一对走向中心的陀螺仪,另一对远离中心,反之亦然。由于这推动群众运动,重叠区域的电极连接到一对增加而另一对减少导致整个幻灯片阻尼下降。减少会导致传感器的高性能要求较低真空度的降低MEMS陀螺仪的制造成本。提出的设计模拟COMSOL多重物理量和Matlab仿真软件。引入了一个z字形梁的耦合弹簧的支持折叠弹簧。开车,gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 敏感技术,gydF4y2Ba zgydF4y2Ba 敏感技术,gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 敏感技术,分别是13.30 KHz, 13.40 KHz, 13.47 KHz,和13.51 KHz。gydF4y2Ba

设备正在制造过程中。制造后,测试将测量真实的品质因数,进行规模因素,倾向稳定,高分辨率,高带宽在我们未来的研究。此外,而不是使用个人电荷放大器,我们正在努力开发计划使用一个电荷放大器的电路。gydF4y2Ba

 相互竞争的利益gydF4y2Ba

作者宣称没有利益冲突。gydF4y2Ba

 确认gydF4y2Ba

这项工作是支持的研发项目MOTIE / KEIT[10054578,发展核心技术9-axis智能运动传感器)。gydF4y2Ba

 YazdigydF4y2Ba N。gydF4y2Ba AyazigydF4y2Ba F。gydF4y2Ba 纳杰菲gydF4y2Ba K。gydF4y2Ba 微型机械惯性传感器gydF4y2Ba IEEE学报》gydF4y2Ba 1998年gydF4y2Ba 86年gydF4y2Ba 8gydF4y2Ba 1640年gydF4y2Ba 1658年gydF4y2Ba 10.1109/5.704269gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 0032138896gydF4y2Ba 扎曼gydF4y2Ba M。gydF4y2Ba 沙玛gydF4y2Ba 一个。gydF4y2Ba AminigydF4y2Ba B。gydF4y2Ba AyazigydF4y2Ba F。gydF4y2Ba 对惯性级振动microgyros:高品质因数平面绝缘体音叉设备gydF4y2Ba 《固态传感器、气动执行机构及微系统公司车间gydF4y2Ba 2004年gydF4y2Ba 美国希尔顿海德岛,SCgydF4y2Ba 6gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 双簧管gydF4y2Ba R。gydF4y2Ba AntonellogydF4y2Ba R。gydF4y2Ba LasalandragydF4y2Ba E。gydF4y2Ba 杜兰特gydF4y2Ba g S。gydF4y2Ba PrandigydF4y2Ba lgydF4y2Ba 控制z轴MEMS振动陀螺仪gydF4y2Ba IEEE / ASME举办gydF4y2Ba 2005年gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba 364年gydF4y2Ba 370年gydF4y2Ba 10.1109 / TMECH.2005.852437gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 27144535388gydF4y2Ba 扎曼gydF4y2Ba m F。gydF4y2Ba 沙玛gydF4y2Ba 一个。gydF4y2Ba AyazigydF4y2Ba F。gydF4y2Ba 高性能matched-mode音叉陀螺仪gydF4y2Ba 19 IEEE国际会议的程序在微电子机械系统(MEMS 06年)gydF4y2Ba 2006年gydF4y2Ba 土耳其伊斯坦布尔gydF4y2Ba 66年gydF4y2Ba 69年gydF4y2Ba 朱诺gydF4y2Ba T。gydF4y2Ba 皮萨诺gydF4y2Ba 答:P。gydF4y2Ba 史密斯gydF4y2Ba j . H。gydF4y2Ba 微型机械速率陀螺仪的双重轴操作gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 学报》第九届国际会议上固态传感器和致动器(传感器97)gydF4y2Ba 1997年gydF4y2Ba 美国芝加哥,生病了gydF4y2Ba IEEEgydF4y2Ba 883年gydF4y2Ba 886年gydF4y2Ba 夏gydF4y2Ba D。gydF4y2Ba 余gydF4y2Ba C。gydF4y2Ba 香港gydF4y2Ba lgydF4y2Ba 陀螺仪的结构和电路技术的发展gydF4y2Ba 传感器(瑞士)gydF4y2Ba 2014年gydF4y2Ba 14gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 1394年gydF4y2Ba 1473年gydF4y2Ba 10.3390 / s140101394gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84892599292gydF4y2Ba TraechtlergydF4y2Ba M。gydF4y2Ba 链接gydF4y2Ba T。gydF4y2Ba DehnertgydF4y2Ba J。gydF4y2Ba 奥柏gydF4y2Ba J。gydF4y2Ba NommensengydF4y2Ba P。gydF4y2Ba ManoligydF4y2Ba Y。gydF4y2Ba 小说使用硬件陀螺仪使用soi技术在单个芯片上gydF4y2Ba 学报第六届IEEE会议上传感器(IEEE传感器' 07)gydF4y2Ba 2007年10月gydF4y2Ba 亚特兰大,乔治亚州,美国gydF4y2Ba 124年gydF4y2Ba 127年gydF4y2Ba 10.1109 / icsens.2007.4388351gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 48349085960gydF4y2Ba 徐gydF4y2Ba Y。gydF4y2Ba 王gydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba 王gydF4y2Ba Y。gydF4y2Ba 史gydF4y2Ba Q。gydF4y2Ba 霁gydF4y2Ba X。gydF4y2Ba 单一的三轴微型机械硅电容式陀螺仪gydF4y2Ba 18gydF4y2Ba 学报第一IEEE国际会议上纳米/微工程和分子系统(NEMS 06年)gydF4y2Ba 2006年1月gydF4y2Ba 珠海,中国gydF4y2Ba IEEEgydF4y2Ba 213年gydF4y2Ba 217年gydF4y2Ba ShkelgydF4y2Ba a . M。gydF4y2Ba 微型机械陀螺仪:挑战,设计解决方案,和机遇gydF4y2Ba 学报学报的第八届国际研讨会上智能结构和材料gydF4y2Ba 2001年3月gydF4y2Ba 纽波特海滩,加利福尼亚州,美国gydF4y2Ba 国际社会对光学和光子学gydF4y2Ba 74年gydF4y2Ba 85年gydF4y2Ba 10.1117/12.436629gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 0035148916gydF4y2Ba AcargydF4y2Ba C。gydF4y2Ba 高性能六轴MEMS惯性传感器基于在矽通过技术gydF4y2Ba 22gydF4y2Ba 《2016年IEEE国际研讨会上惯性传感器和系统gydF4y2Ba 2016年gydF4y2Ba 拉古纳海滩,加利福尼亚州,美国gydF4y2Ba IEEEgydF4y2Ba 62年gydF4y2Ba 65年gydF4y2Ba 豇豆属gydF4y2Ba B。gydF4y2Ba 三轴MEMS陀螺仪和六自由度运动传感器gydF4y2Ba 《IEEE国际电子设备会议(IEDM 11)gydF4y2Ba 2011年12月gydF4y2Ba 美国华盛顿特区gydF4y2Ba 29.1.3gydF4y2Ba 10.1109 / iedm.2011.6131635gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84857008932gydF4y2Ba OzangydF4y2Ba a . N。gydF4y2Ba 西格gydF4y2Ba J。gydF4y2Ba 发明家;Invensense, Inc .,受让人,陀螺仪的自我测试通过应用旋转在科里奥利质量,美国专利申请我们13/862,352,2013年4月gydF4y2Ba CazzanigagydF4y2Ba G。gydF4y2Ba CoronatogydF4y2Ba lgydF4y2Ba 发明家;意法半导体Srl,受让人。综合微机电陀螺仪驱动结构改善,美国8950257年美国专利,2015年2月gydF4y2Ba 微电子学gydF4y2Ba s T。gydF4y2Ba 意法半导体的硬件数字MEMS陀螺仪的一切gydF4y2Ba 技术文章gydF4y2Ba 2011年gydF4y2Ba TA0343gydF4y2Ba 意法半导体gydF4y2Ba 罗基gydF4y2Ba 一个。gydF4y2Ba 马克西姆集成产品公司,受让人。MEMS陀螺仪检测旋转运动关于X, Y,或z轴gydF4y2Ba 美国8789416年美国专利,2014年7月gydF4y2Ba 全gydF4y2Ba Y。gydF4y2Ba KwongydF4y2Ba H。gydF4y2Ba 金gydF4y2Ba h . C。gydF4y2Ba 金gydF4y2Ba s W。gydF4y2Ba 设计和开发的硬件与振动环弹簧微陀螺仪gydF4y2Ba Procedia工程gydF4y2Ba 2014年gydF4y2Ba 87年gydF4y2Ba 975年gydF4y2Ba 978年gydF4y2Ba 10.1016 / j.proeng.2014.11.321gydF4y2Ba 贾gydF4y2Ba K。gydF4y2Ba 多个感觉轴mems陀螺仪有一个驱动模式gydF4y2Ba 谷歌的专利,2015gydF4y2Ba SonmezoglugydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba Taheri-TehranigydF4y2Ba P。gydF4y2Ba ValzasinagydF4y2Ba C。gydF4y2Ba FalornigydF4y2Ba l·G。gydF4y2Ba ZerbinigydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba NitzangydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba 霍斯利gydF4y2Ba d . A。gydF4y2Ba 单一结构微型机械三轴陀螺仪和减少有关耦合gydF4y2Ba IEEE电子器件信gydF4y2Ba 2015年gydF4y2Ba 36gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba 953年gydF4y2Ba 956年gydF4y2Ba 10.1109 / led.2015.2454511gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84940390733gydF4y2Ba 祝愿者gydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba 邵gydF4y2Ba P。gydF4y2Ba Norouzpour-ShirazigydF4y2Ba 一个。gydF4y2Ba 杨gydF4y2Ba Y。gydF4y2Ba NggydF4y2Ba E。gydF4y2Ba 弗拉德gydF4y2Ba 我。gydF4y2Ba 陈gydF4y2Ba Y。gydF4y2Ba 亨氏食品公司gydF4y2Ba D。gydF4y2Ba 肯尼gydF4y2Ba T。gydF4y2Ba AyazigydF4y2Ba F。gydF4y2Ba 高频外延封装的单驱动quad-mass三轴谐振音叉陀螺仪gydF4y2Ba 《IEEE国际会议29日在微电子机械系统(MEMS 16)gydF4y2Ba 2016年1月gydF4y2Ba 中国上海gydF4y2Ba IEEEgydF4y2Ba 930年gydF4y2Ba 933年gydF4y2Ba 10.1109 / memsys.2016.7421784gydF4y2Ba RadwangydF4y2Ba a . N。gydF4y2Ba AlmikhlafigydF4y2Ba r S。gydF4y2Ba 苏gydF4y2Ba M . s . M。gydF4y2Ba 常用的MEMS弹簧的性能比较:褶,u型和钓鱼钩gydF4y2Ba 学报沙特国际电子、通信和光子学会议(SIECPC 13)gydF4y2Ba 2013年4月gydF4y2Ba IEEEgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba 10.1109 / siecpc.2013.6550993gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84881402292gydF4y2Ba 艾耶gydF4y2Ba s V。gydF4y2Ba 穆克吉gydF4y2Ba T。gydF4y2Ba 数值弹簧模型行为模拟MEMS惯性传感器gydF4y2Ba 程序的设计、测试、集成和包装的MEMS /多项gydF4y2Ba 2000年5月gydF4y2Ba 55gydF4y2Ba 62年gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 0033715702gydF4y2Ba 沙阿gydF4y2Ba m·A。gydF4y2Ba 伊克巴尔gydF4y2Ba F。gydF4y2Ba 李gydF4y2Ba b . L。gydF4y2Ba 模拟双轴MEMS检波器来构建监测系统gydF4y2Ba 《COMSOL会议gydF4y2Ba 2015年gydF4y2Ba 波士顿,美国质量gydF4y2Ba 沙阿gydF4y2Ba m·A。gydF4y2Ba 伊克巴尔gydF4y2Ba F。gydF4y2Ba 李gydF4y2Ba b . L。gydF4y2Ba 设计和分析一个单一结构的三轴MEMS陀螺仪与改进的耦合弹簧gydF4y2Ba 《第11届IEEE国际会议上纳米/微工程和分子系统(IEEE-NEMS 16)gydF4y2Ba 2016年4月gydF4y2Ba Matsushima湾和仙台MEMS的城市,日本gydF4y2Ba 郭gydF4y2Ba P P。gydF4y2Ba 流体振动微型机械结构的影响[博士。论文)gydF4y2Ba 1999年gydF4y2Ba 麻省理工学院的gydF4y2Ba 崔gydF4y2Ba J。gydF4y2Ba 气gydF4y2Ba x Z。gydF4y2Ba 丁gydF4y2Ba h·T。gydF4y2Ba 林gydF4y2Ba l . T。gydF4y2Ba 杨gydF4y2Ba z . C。gydF4y2Ba 杨ydF4y2Ba g . Z。gydF4y2Ba 瞬态响应和稳定性的AGC-PI MEMS振动陀螺仪闭环控制gydF4y2Ba 微观力学和微工程学》杂志上gydF4y2Ba 2009年gydF4y2Ba 19gydF4y2Ba 12gydF4y2Ba 125015年gydF4y2Ba 10.1088 / 0960 - 1317/19/12/125015gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 70450195285gydF4y2Ba