微机电期末报告.PDFVIP

微機電期末報告 標題 ：具有寬帶寬的雙質量全解耦MEMS 陀螺儀 組員 林芫興 4A314049 謝秉儒 4A314048 蔡育紝 4A314023 吳柏延 4A314086 唐孟廉 4A3 14043 林翰瑋 4A314045 指導老師:莊承鑫 摘要 在此提出了寬帶寬和高線性度的完全解耦的z 軸MEMS 陀螺儀紙。機 械結構由雙重質量體組成，它們機械耦合在一起使用一雙雙折彈簧。採 用完全解耦的方法來降低機械性能驅動模式與檢測模式之間的交叉耦 合。使用簡單的陀螺儀製造陀螺儀基於具有30μm 厚的器件層的絕緣體 上矽（SOI ）襯底的雙掩模工藝。該大約 1.1 米的靜電驅動和電容感測 間隙提供了接近的縱橫比窄電容間隙增加了機電耦合併改善了信號噪 聲比（SNR ）。製造的MEMS 陀螺儀被真空包裝在陶瓷芯片中載體， 以最小化布朗噪音底板，實現更好的性能。現成的具有激勵和感測電路 的集成電路與陀螺儀混合連接。該MEMS 陀螺儀系統表現出9.6 度/小 時的偏置不穩定性，即角度隨機遊走（ARW ）0.45 度/√h ，大於120Hz 的帶寬和770ppm 的比例因子非線性度在室溫下±500 度/秒的範圍。 介紹 非常注重微機電系統（MEMS ）陀螺儀在過去幾十年中一直在增加 其成本低，體積小，吃性能 MEMS 陀螺儀已經實現了很大的功能令人 興奮的應用從消費品到汽車和航空航天，如數碼相機中的光學圖像穩定 器，自動翻轉和電子穩定控制（ESC ）系統，無人機的動機和短程導航 （UAV ）追求對稱和完全解耦結構設計提高了MEMS 陀螺儀的性能， 對外部機械擾動具有很高的穩定性顯示出優異的機械去耦能力驅動模 式和振動MEMS 陀螺儀的感測模式通過去耦設計，機械正交信號可以 是大大降低 寬帶寬是最需要的陀螺儀的參數。通常，工業和汽車應用 需要具有較大帶寬的陀螺儀超過100 赫茲 閉環設計是有效的方法之一 實現寬帶寬的高性能陀螺儀然而 ，它要求一個微妙的力量平衡閉環 成形。一種用於感應模式的新穎結構設計展現了多自由度（DOF ），達 到了一個自由度寬的系統帶寬，同時保持大的機械傳感器，敏度儘管有 其優點，但這種做法並不廣泛由於機械結構的複雜性增加，設計。模式 分割和模式匹配是常用的兩種MEMS 陀螺儀的方法。雖然模式匹配方 法具有較高的靈敏度和相應的更好分辨率，導致窄帶寬和較大的橫軸靈 敏度。在這項工作中，具有寬帶寬的MEMS 陀螺儀基於模式分割方法 呈現。在這種方法中，驅動模式諧振頻率和感測模式諧振 頻率彼此分離。模式分割方法由於其結構設計簡單，電氣易於使用，被 廣泛使用控制。 在本節之後，MEMS 的機械設計 首先描述陀螺儀。第3 我llustrates 製造 工藝和芯片級真空包裝的製造 MEMS 陀螺儀。第4 提出評估電路和 MEMS 陀螺儀的實驗結果。最後，第5 文章總結 /10.1016/j.sna.2017.03 .027 GQ Wu et al 。/傳感器和執行器A 259 （2017 ）50-56 51 機械設計 MEMS 陀螺儀基於科里奧利效應，其使用振動結構來確定所施加的 轉速。該轉速驅動方向表示為： 其中A x 是沿驅動方向的驅動振幅和 表示驅動角頻率。科里奧利加速 度導致振動結構的位移。輸入angu-通過測量振動的位移可以推導出速 率沿著感覺方向的結構。在這項工作中，雙質量MEMS 陀螺儀基於a 感測器設計具有完全解耦結構。 節目MEMS 陀螺儀的三維原理圖。陀 螺儀 - 範圍由兩個對稱部分組成。每個部分包括一個驅動器框架，科 里奧利框架和雙折疊感覺框架彈簧彼此連接並通過固定到基板外彈簧 和內彈簧。一對耦合彈簧是用於將兩個部分連接在一