Исследование и разработка упругого подвеса чувствительного элемента микромеханического гироскопа

• Автор: Унтилов, Александр Алексеевич
• Шифр специальности: 05.11.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 148 с. : ил.

1. Математическая модель чувствительного элемента микромехани-ческого гироскопа с упругим подвесом
1.1. Обзор упругих подвесов чувствительного элемента микроме-ханического гироскопа
1.2. Математическая модель движения чувствительного элемента микромеханического гироскопа с упругим подвесом
1.3. Анализ математической модели движения чувствительного элемента микромеханического гироскопа с упругим подвесом
1.4. Методы исследования поведения чувствительного элемента микромеханического гироскопа с упругим подвесом
Выводы по главе
2. Инструментальные погрешности чувствительного элемента микромеханического гироскопа с упругим подвесом
2.1. Обзор инструментальных погрешностей чувствительного элемента микромеханического гироскопа с упругим подвесом
2.2. Анализ инструментальных погрешностей чувствительного элемента микромеханического гироскопа с упругим подвесом
2.3. Влияние свойств материала на характеристики чувствительного элемента ММГ с упругим подвесом
Выводы по главе
3. Вопросы построения чувствительного элемента микромеханического гироскопа с упругим подвесом
3.1. Возможности технологии по производству микромеханиче-ских гироскопов
3.2. Влияние технологических погрешностей на характеристики чувствительного элемента ММГ с упругим подвесом

3.3. Разработка конструкции чувствительно элемента микромеха- 99 нического гироскопа с упругим подвесом
3.4. Влияние ударов на поведение чувствительного элемента мик-ромеханического гироскопа с упругим подвесом
Выводы по главе 3
4. Экспериментальные исследования опытных образцов микромеха-нического гироскопа
4.1. Определение частотных характеристик опытных образцов ММГ
4.2. Определение амплитуд колебаний опытных образцов ММГ
4.3. Использование опытных образцов ММГ в качестве ДУС
Выводы по главе 4
Заключение и основные выводы по диссертации
Публикации автора по теме диссертации
Литература

Развитие микроэлектроники позволило создать микроминиатюрные и дешевые при массовом производстве устройства, выполненные с использованием технологий электронной промышленности. В настоящее время такая микросистемная техника (МСТ) широко используется в различных областях техники, в медицине, в спорте, в товарах широкого потребления [45]. Важной областью применения МСТ является автомобилестроение. В современном автомобиле может быть установлено до 100 образцов МСТ, выполняющих различные функции [94]. Важным направлением развития МСТ являются датчики параметров движения, среди которых особое внимание уделяется разработке микромеханических гироскопов (ММГ) как наиболее трудоемких в технологическом и интеллектуальном плане изделий [44, 19].
Низкая точность (дрейф современных ММГ находится на уровне 100-1000 град/час) препятствует применению ММГ в «традиционных» гироскопических областях. При этом ММГ по сравнению с гироскопами других типов имеют уникальные эксплуатационные характеристики. Значительное снижение массогабаритных, стоимостных и энергетических показателей, а также уникальная стойкость к механическим воздействиям открыли для ММГ рынок коммерческого гражданского применения, который на порядки превышает объемы возможного рынка военной техники. Поэтому в настоящее время существует очень большая потребность в ММГ, которая по мере повышения их точности будет только увеличиваться.
Области применения предъявляют очень жесткие требования к характеристикам ММГ. При установке на автомобиль ММГ подвергается следующим механическим воздействиям, при которых он должен сохранять работоспособность: вибрация в диапазоне частот от 10 Гц до 2 кГц с амплитудой ускорений до 40 §, удары с временем воздействия до 0,01 с и амплитудой в импульсе до 100 g, акустические шумы до ЮОдБ [2]. Очевидно, что ММГ не должен требовать замены после аварии автомобиля и, следовательно, к чув-

в требуемый момент времени (например, в момент наибольшей амплитуды). Такой подход позволяет значительно сократить общее время расчета, так как наибольшее время требуется для статического анализа.
Предложенная методика может быть реализована машинными методами в системе автоматизированного проектирования для разработки ММГ [А1,А2].
Предлагаемая методика имеет свою область применения. Например, задача удара ротора ММГ о подложку, из-за малой толщины ротора, может быть решена комбинированным методом только, если такой удар допустимо рассматривать как удар двух абсолютно жестких тел. Другой способ решения - исследование удара методами КЭА на неподвижном основании [А12, А13]. Комбинируя эти способы, можно решить задачу удара ротора ММГ о подложку под действием как линейных, так и угловых скоростей основания.
В качестве иллюстрации применения предлагаемой методики ниже приведены результаты расчетов процессов возбуждения первичных колебаний и возбуждения вторичных колебаний при наличии угловой скорости основания. Исследуемая модель приведена на рис. 1.21. С целью уменьшения времени расчетов и упрощения расчетной схемы зубья электростатического гребенчатого двигателя и технологические отверстия в модели не рассматривались.
Материал ротора — монокристаллический кремний ориентации <100>, описываемый изотропными характеристиками (анизотропия механических характеристик не учитывалась). Параметры ротора ММГ и характеристики материала приведены в таблице 2.
Таблица. 2. Параметры ротора и характеристики материала
Параметр Значение
Плотность кремния, кг/мм3 2,33-10‘6
Модуль Юнга Е, ГПа 168,9
Коэффициент Пуассона V 0,262