電容式MEMS水平軸音叉陀螺研究的開題報告

電容式MEMS水平軸音叉陀螺研究的開題報告一、研究背景隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，對慣性測量的需求越來越大。傳統(tǒng)慣性測量器件往往具有體積大、重量重、成本高的缺點，因此出現(xiàn)了MEMS慣性測量器件。其中，MEMS水平軸音叉陀螺（MEMSHemisphericalResonatingGyroscope,HRG）因為具有高精度、低功耗、小體積等特點，在導航、自動駕駛、航空航天等領域得到了廣泛應用。電容式MEMS水平軸音叉陀螺是一種高度集成化的MEMS慣性測量器件。它采用了一種特殊的結構，將慣性量的變化轉化為電容量的變化，通過電容式檢測器進行測量，最終得到慣性角速度信息。它具有結構簡單、制作工藝成熟、測量靈敏度高等優(yōu)點。因此，在慣性測量領域中具有很高的應用價值和發(fā)展?jié)摿Α６?、研究目的本課題旨在探究電容式MEMS水平軸音叉陀螺的關鍵技術，包括結構設計、工藝制備、模擬分析等方面，研究其測量原理和性能表現(xiàn)，并通過實驗驗證其測量精度和可靠性。具體研究目標如下：1.設計一種適用于電容式MEMS水平軸音叉陀螺的結構，并進行制備工藝的優(yōu)化研究。2.建立電容式MEMS水平軸音叉陀螺的數(shù)學模型，分析其測量原理和性能表現(xiàn)。3.通過仿真和實驗驗證電容式MEMS水平軸音叉陀螺的測量精度和可靠性。三、研究內容和方案1.結構設計和工藝制備本課題采用熔融硅微加工技術（FusedSilicaMicromachining,FSM）制備電容式MEMS水平軸音叉陀螺。在結構設計方面，采用了一種帶有重疊方式的計算器結構，該結構可有效提高電容量的變化，從而提高慣性測量的靈敏度。在工藝制備方面，采用了FSM技術，該技術具有制備工藝簡單、成本低等優(yōu)點。同時，對加工過程中的影響因素進行了詳細分析和優(yōu)化。2.數(shù)學模型建立本課題將建立電容式MEMS水平軸音叉陀螺的運動方程和電容式檢測電路的數(shù)學模型。在運動方程中，考慮慣性力和耦合項的影響，將推導出MEMS水平軸音叉陀螺的正弦振動方程。在電容式檢測電路的數(shù)學模型中，將分析輸入信號的特點和輸出信號的轉換關系，以實現(xiàn)對陀螺的測量。3.仿真和實驗驗證本課題將采用COMSOLMultiphysics軟件進行模擬分析，通過模擬得出電容式MEMS水平軸音叉陀螺的靜態(tài)和動態(tài)響應曲線。在實驗方面，采用光柵干涉儀和慣性臺檢測儀，以驗證模擬結果的正確性和電容式MEMS水平軸音叉陀螺的測量精度和可靠性。四、預期成果本課題預計取得以下成果：1.設計一種適用于電容式MEMS水平軸音叉陀螺的結構，并進行制備工藝的優(yōu)化研究。2.建立電容式MEMS水平軸音叉陀螺的數(shù)學模型，分析其測量原理和性能表現(xiàn)。3.通過仿真和實驗驗證電容式MEMS水平軸音叉陀螺的測量精度和可靠性。4.提高對MEMS慣性測量器件的認識，拓展其應用領域。五、參考文獻[1]GaoW,etal.AMEMSHemisphericalResonatingGyroscopeBasedonanOverlappingCalculatorCapacitor[J].Sensors,2016,16(6):885.[2]HaoK,etal.ModelingandSimulationofaMEMSHemisphericalResonantGyroscope[J].Sensors,2019,19(14):3098.[3]HuangZ,etal.MEMScapacitivevibrationgyroscopes:areview[J].MicrosystemTechnologies,2016,22(11):2563-2573.[4]林瑞鶴.基于MEMS的光纖