于得川， 何汉辉， 周 鑫， 肖定邦， 吴学忠

(国防科技大学 机电工程与自动化学院，湖南 长沙 410073)



计算与测试

嵌套环式MEMS振动陀螺的静电修调算法*

于得川， 何汉辉， 周 鑫， 肖定邦， 吴学忠

(国防科技大学 机电工程与自动化学院，湖南 长沙 410073)

对于工作在n=2模态谐振结构，静电修调是一种消除频率裂解、实现模态匹配的常用方法。基于环形谐振子的刚度扰动模型，提出了一种直观而实用的修调算法。通过巧妙地近似，并将嵌套环结构的内置修调电极等效为两簇簇带负刚度的“径向弹簧”，从而将单环谐振结构的理论模型成功应用于多环嵌套结构。最后通过静电修调实验对该算法进行了验证，实现了带误差谐振子的模态匹配。实验结果表明：通过该算法频率裂解从15 Hz左右被修到0.03 Hz左右。

嵌套环式微机电系统振动陀螺； 频率裂解； 频率修调； 模态匹配

0 引 言

嵌套环式微机电系统(MEMS)振动陀螺是新型高性能微机电陀螺之一，它由环形谐振陀螺发展而来，由多个半径递增的同心圆环嵌套而成，环与环之间排布了大量电极[3]。对于工作在n=2模态的谐振结构，当谐振子的质量、密度、刚度等参数分布不均匀，谐振子的二阶振型将出现2个相互间成45°的固有振型轴，沿这2个振型轴的二阶弯曲振型对应的固有频率分别达到极大值和极小值，2个固有频率差称作频率裂解。频率裂解将严重影响陀螺性能，应进行必要的频率修调以减小或消除频率裂解。

通常采用添加[2]或去除质量[3～5]以及静电调刚度[6，7]的方法来进行频率修调。……