超微SC417E16-R1400LPB

MEMS陀螺是陀螺儀發(fā)展的一個重要方向。不同于發(fā)展成熟的支懸梁-活動質量塊結構的振動微陀螺，本項目提出了一種基于超磁致伸縮材料塊體的固體振子雙輸入軸微陀螺，其結構簡單，無支撐梁，抗沖擊振動能力強；借助于超磁致伸縮材料(GMM)的大應變振動特性，其測量靈敏度高。 本項目主要對超磁致伸縮固體微陀螺的振動模態(tài)、結構設計、機電磁系統(tǒng)仿真、制造工藝以及測控方法進行研究，為實現微陀螺裝置奠定理論與實驗基礎。本項目的實施取得了預期成果，主要總結為： 1、微陀螺的設計和仿真。根據GMM數理模型，采用更具擴展性的弱解方程方法，利用COMSOL軟件計算了GMM振子的振動工作模態(tài)，結果與壓電-壓磁比擬法的相近。微陀螺的設計結構由GMM方體振子、平面線圈定子、偏置永磁體和GMR傳感器組成，進行了部件選用和設計。采用磁矢勢弱解方程法對通電平面線圈和永磁體的空間磁場分布進行了系統(tǒng)級仿真。 2、微陀螺表頭的制造。采用濺射、光刻、電鍍等MEMS工藝，獲得了多種線寬和匝數的驅動平面線圈定子。對集成厚金屬結構的發(fā)煙硫酸氧化刻蝕去除SU-8膠模的技術深入試驗研究，獲得了刻除SU-8膠模的速率曲線，從而提供了一次浸入發(fā)煙硫酸干凈刻除SU-8膠模的時間，避免了反復取出觀測或過刻對金屬結構的腐蝕；成功集成了厚達500μm的電鑄鎳微結構。根據設計結構，成功組裝了長寬高尺寸之和不大于20mm的磁致伸縮固體振子微陀螺表頭。 3、微陀螺的驅動及檢測電路。為微陀螺表頭設計了激勵信號發(fā)生電路（采用DDS芯片）、恒電流輸出線圈驅動電路、GMR磁場信號檢測電路和信號解調處理電路，進行了電路仿真分析和PCB板制作。 4、微陀螺的測試實驗。利用LCR儀測量了定子平面線圈的阻抗，為表頭中上下定子驅動線圈的配對選取提供參考。采用鎖相放大器分別利用定子平面線圈和繞制線圈進行掃頻激勵，測量了GMM體振子的阻抗頻率特性曲線，二者測得微陀螺GMM振子的工作諧振頻率基本相同，證明了本微陀螺采用雙側平面線圈的激振方式使GMM振子工作在驅動諧振頻率上是可行的。對微陀螺表頭及其測控電路進行了聯(lián)調，發(fā)現微陀螺能靈敏地檢測輸入角速度的變化，證明了設計結構及其實現方案在原理上是可行的。 上述研究成果已發(fā)表6篇學術論文，其中SCI/EI已檢索英文論文5篇；申請發(fā)明專利2項；培養(yǎng)畢業(yè)碩士生2名。 2100433B

微型固態(tài)振動陀螺結構簡單，抗沖擊能力強，適合MEMS技術制作，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦屯勇輧x。相比帶支懸梁的微機械振動陀螺，本項目創(chuàng)造性地將超磁致伸縮材料整體作為振子，基于MEMS技術制成無支懸梁的固體微陀螺，主要特點如下：（1）超磁致伸縮體伸縮振幅大，可極大提高微陀螺檢測的靈敏度；（2）結構簡單，無支撐梁，抗沖擊抗震動能力強;（3）易于微加工批量制造，對真空封裝無特殊要求；（4）驅動電壓低，起振時間極短，因而陀螺啟動時間短。（5）將巨磁阻（GMR）敏感元件集成于陀螺本體上，提高了檢測分辨率，且體積小；（6）可同時測量二軸角速率。本項目主要對超磁致伸縮固體微陀螺的工作機理、機電磁系統(tǒng)仿真、結構優(yōu)化設計、基于非硅MEMS技術的制造工藝以及測控方法進行深入研究，為實現較高測量靈敏度的、多軸微固體陀螺裝置奠定理論與實驗基礎。本項目屬機械、材料、測控、電子等交叉學科課題，學術價值高，應用前景廣泛。