杠杆耦合式微机械陀螺仪特性分析

2020-03-12彭世刚刘海鹏高世桥李泽章

压电与声光 2020年1期

彭世刚, 刘海鹏, 高世桥，金磊，李泽章

(北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室，北京 100081)

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微机械陀螺以其体积小，质量轻，成本低，功耗小及可批量生产等优点，在航空航天、汽车工业、医疗仪器等领域具有广泛的应用前景[1]。当前，基于科氏力的电容检测式微机械陀螺是研究的热点和应用的主流。随着研究不断深入，精度不断提升，已经实现了战术级商业应用[2-3]。随着对精度要求的不断提升，采用静电刚度调谐实现模态匹配和采用正交静电解耦实现正交解耦已成为高精度微机械陀螺的普遍措施[4]，但通过文献[5-6]发现，由于与中心质量块相连的静电调谐梳齿和正交解耦梳齿在检测方向均为压膜阻尼，远大于检测框的阻尼，致使检测品质因子会严重降低，检测位移也更微弱[5-6]。近年来，杠杆放大机构在微机械传感器中已获得应用，主要用于放大驱动力，以提升微机械传感器的机械灵敏度。I.Zeimpekis等在2011年固态传感器、执行器与微系统国际会议上提出了一种用于电容式微加速度的杠杆放大机构[7]；李小卿提出了一种适用于驱动模态的微机械陀螺杠杆机构，将驱动梳齿的驱动力放大传递到中心质量块上，最终使机械灵敏度提升了5.9倍[8]。然而以上的应用主要是在加速度计和微机械陀螺中进行力的放大，应用于检测模态微机械杠杆对微机械陀螺性能的影响需要进行分析。