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热振子式Z轴MEMS角速度陀螺敏感机理的研究

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揭示了一种热振子式Z轴MEMS角速度陀螺的敏感机理.在给出工作原理、热振子的振动模态和陀螺效应的基础上,对敏感结构内的温度场进行了计算.结果表明:①开机1.8 s后在敏感结构内形成一个稳定的温度场.②热振子在Y方向建立驱动模态,当沿着Z轴输入角速度时,在哥氏力的作用下热振子沿着X方向移动,造成温度场偏移,X方向上对称平行设置的两热线温差ΔTX随着输入加速度az的加大呈现线性增长,温度灵敏度为125 mK/(°/s).③根据输入-输出ωz-VXout特性曲线,得到数学模型,揭示了该陀螺的敏感机理,陀螺灵敏度为0.095 mV/(°/s),非线性度为2.97％.本研究为优化结构奠定了实用理论基础.
Study on the Sensitivity Mechanism of Thermal Oscillator Type Z-Axis MEMS Angular Velocity Gyro
The sensitive mechanism of a thermal oscillator type Z-axis MEMS angular velocity gyro is revealed.The temperature field in-side the sensitive structure is calculated on the basis of giving the operating principle,the vibration mode of the thermal oscillator and the gyroscopic effect.The results show that:a stable temperature field is formed inside the sensitive structure after 1.8 s of power-on.The thermal oscillator establishes a driving mode in the Y direction when the angular velocity is input along the Z axis,the thermal oscil-lator moves along the X direction under the action of the Gauche force,causing the temperature field to shift,and the temperature differ-ence(ΔTX)between the two hot lines set symmetrically parallel in the X direction shows a linear growth with the increase of the input acceleration(az),and the temperature sensitivity is 125 mK/(°/s).According to the input-output(ωz-VXout)characteristic curve,a mathematical model is obtained which reveals the sensitive of the gyroscope.The sensitivity mechanism of the gyro is0.095 mV/(°/s),and the nonlinearity is 2.97％.This research provides a practical theoretical foundation for the optimized structure.

gyroscopicsensitive mechanismgyroscopic effectmathematical modelmicromechanicsthermal oscillator

朴林华、佟嘉程、李备、张严

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北京信息科技大学,北京市传感器重点实验室,北京 100101

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2024

10.3969/j.issn.1004-1699.2024.02.002

传感技术学报
东南大学 中国微米纳米技术学会

传感技术学报

CSTPCD北大核心
影响因子：1.276
ISSN：1004-1699
年,卷(期)：2024.37(2)
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