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第1篇 载体驱动机械陀螺2

第1章 载体驱动机械陀螺的工作原理2

1.1 飞行中飞行载体的特征2

1.2 载体驱动机械陀螺敏感元件的运动方程6

1.3 飞行载体以常值角速度旋转时陀螺的性能11

1.4 载体驱动机械陀螺系统方案的选择13

1.5 系统的动态性能调节18

1.6 带速度负反馈的载体驱动机械陀螺的稳定性24

第2章 带速度负反馈的载体驱动机械陀螺的精度38

2.1 绕横轴转动的常值角速度测量精度38

2.2 载体驱动机械陀螺的调节52

第3章 交变角速度条件下载体驱动机械陀螺的性能55

3.1 角振动条件下载体驱动机械陀螺的性能55

3.2 角振动条件下载体驱动机械陀螺的输出信号65

3.3 飞行载体的谐波角速度测量精度69

3.4 圆周振动时载体驱动机械陀螺的性能86

第4章 载体驱动机械陀螺的运行误差92

4.1 框架静不平衡引起的误差92

4.2 角振动和圆周振动引起的误差94

4.3 安装不精确产生的误差96

4.4 环境温度变化产生的误差97

第2篇 载体驱动微机械陀螺102

第5章 载体驱动硅微机械陀螺的工作原理102

5.1 结构原理102

5.2 动力学模型103

5.2.1 质量块振动方程103

5.2.2 角振动方程的解106

5.3 动力学参数分析计算108

5.3.1 弹性支撑梁扭转刚度108

5.3.2 弹性接头参数计算108

5.3.3 振动元件角振动阻尼系数111

5.3.4 陀螺角振动固有频率、角振动幅度与被测角速度的关系112

5.4 信号检测112

5.4.1 输出电压与摆角的关系113

5.4.2 信号处理电路115

5.5 ANSYS仿真与模拟118

5.5.1 模态分析118

5.5.2 频响分析119

第6章 载体驱动微机械陀螺信号的解调与分离120

6.1 陀螺敏感元件硅摆的角振动与检测结构120

6.2 微机械陀螺输出信号及其特征122

6.2.1 输入常值角速度122

6.2.2 输入角振动123

6.2.3 输入圆周振动124

6.3 微机械陀螺标度因数稳定性补偿125

6.4 微机械陀螺自旋频率的提取和横向角速度的解调与分离128

6.4.1 陀螺输出信号滤波128

6.4.2 自旋频率的提取130

6.4.3 横向角速度的解调131

6.4.4 横向角速度的分离134

第7章 载体驱动陀螺的牵连运动138

7.1 载体驱动陀螺的运动状态及工作特点138

7.2 牵连运动对陀螺信号载波频率的影响140

7.3 偏航、俯仰同频率简谐运动的合成143

7.4 偏航、俯仰和自旋运动的合成145

7.5 牵连运动在三轴转台上的实验验证150

第8章 载体驱动微机械陀螺的动态性能166

8.1 闭环系统的工作机理166

8.2 频域特性168

8.2.1 固有频率168

8.2.2 幅频特性169

8.2.3 相频特性173

8.3 时域特性175

8.3.1 阻尼比和固有频率175

8.3.2 过渡过程176

8.3.3 冲击响应177

第9章 载体驱动微机械陀螺的性能实验与贮存寿命181

9.1 性能实验181

9.1.1 标度因数181

9.1.2 标度因数非线性182

9.1.3 标度因数对称性182

9.1.4 标度因数重复性182

9.1.5 量程182

9.1.6 阈值183

9.1.7 分辨率183

9.1.8 标度因数温度系数183

9.1.9 零偏184

9.1.10 零偏稳定性184

9.1.11 零偏重复性185

9.1.12 启动时间185

9.1.13 零偏加速度敏感性185

9.1.14 噪声185

9.1.15 零偏温度系数186

9.1.16 带宽186

9.1.17 振动功能实验187

9.1.18 力学冲击实验187

9.1.19 低温实验188

9.1.20 高温实验189

9.1.21 温度冲击190

9.1.22 振动190

9.1.23 冲击190

9.1.24 稳态湿热191

9.1.25 密封191

9.1.26 高温寿命191

9.2 贮存寿命实验192

9.2.1 剔除早期失效产品192

9.2.2 常温贮存193

9.2.3 加速寿命实验193

第3篇 载体驱动微机械陀螺的应用196

第10章 在飞行体姿态控制系统中的应用196

10.1 设计解算方法和编制软件196

10.1.1 解算方法和软件196

10.1.2 计算机设计软件197

10.2 DSP数字输出陀螺199

10.2.1 硬件电路设计199

10.2.2 算法及软件实现201

10.2.3 测试结果202

10.3 旋转飞行载体单通道控制姿态敏感系统204

10.4 旋转飞行载体直角坐标变换三通道姿态敏感系统206

10.5 旋转飞行载体极坐标变换姿态敏感系统208

10.5.1 获取相对于载体坐标系横向角速度的方法209

10.5.2 获取相对于准载体坐标系的滚动角速度的方法211

10.5.3 获取相对于准载体坐标系的偏航角速度和俯仰角速度的方法212

第11章 载体驱动陀螺在非旋转体上的应用213

11.1 有电动机载体驱动硅微机械陀螺总装结构213

11.2 有电动机载体驱动微机械陀螺其他部件的结构及工作原理214

11.2.1 驱动电动机214

11.2.2 精密导电滑环215

11.2.3 角接触球轴承及弹性膜片联轴器216

11.3 电动机驱动微机械陀螺输出信号分析217

11.3.1 陀螺信号分析测试装置217

11.3.2 陀螺零位输出噪声分析218

11.3.3 有电动机载体驱动陀螺输出信号频谱分析219

11.4 微机械陀螺输出函数分析223

11.5 陀螺信号中载体偏转方向判定224

11.6 相干解调及低通滤波算法225

11.6.1 相干解调原理226

11.6.2 仿真实验227

11.7 载体的自旋角速度解算229

第4篇 载体驱动微机械陀螺的微结构制作技术232

第12章 微机械摆的梁和摆片形状对陀螺性能的影响232

12.1 梁的形状和参数对性能的影响232

12.1.1 梁的设计232

12.1.2 梁尺寸误差对性能的影响234

12.1.3 重心偏移引起的干扰力矩235

12.1.4 梁的不等弹性236

12.1.5 梁宽不一致238

12.1.6 梁厚不一致238

12.1.7 梁受冲击发生形变239

12.2 摆片的形状和参数对性能的影响239

12.2.1 硅摆模态分析239

12.2.2 硅摆的静力学分析240

12.2.3 硅摆的响应分析241

12.2.4 硅摆的静电学分析241

12.2.5 硅摆表面结构分析242

12.2.6 摆片表面缺陷对微机械陀螺的性能影响243

12.2.7 摆片质心偏移对微机械陀螺的性能影响245

第13章 微机械摆制作技术248

13.1 制作步骤设计248

13.2 氧化工艺249

13.2.1 SiO2膜的生长速率和厚度计算250

13.2.2 膜的线性生长和抛物线生长250

13.3 光刻工艺252

13.3.1 光刻胶253

13.3.2 光刻工艺流程254

13.3.3 光刻技术255

13.4 刻蚀工艺258

13.4.1 干法刻蚀258

13.4.2 湿法刻蚀259

13.5 喷胶工艺263

13.6 溅射工艺264

13.6.1 X射线衍射分析266

13.6.2 原子力图像分析267

13.6.3 电阻率分析268

13.7 直梁和弧梁形状对性能的影响268

第14章 微系统的可靠性与生产统计过程控制272

14.1 载体驱动微机械陀螺的可靠性识别、分析和定量评估272

14.1.1 可靠性识别272

14.1.2 可靠性分析273

14.1.3 可靠性定量评估275

14.2 载体驱动微机械陀螺可靠性设计276

14.2.1 可靠性分配276

14.2.2 可靠性预计277

14.3 载体驱动微机械陀螺的生产统计过程控制技术278

14.3.1 统计过程控制应用基础278

14.3.2 控制图原理278

14.3.3 SPC流程图280

14.3.4 评价对象的确定280

14.3.5 工艺参数数据的采集281

14.3.6 控制图的正确选用282

14.3.7 控制图的绘制282

参考文献290