微型石英音叉陀螺的模态特性设计

微型石英音叉陀螺的模态特性设计

一、微型石英音叉陀螺模态特性的设计(论文文献综述)

张峰峰[1](2021)在《双音叉温湿度传感器研究与设计》文中研究指明随着我国航空航天事业的发展,舱外航天服是宇航员行走活动过程中的重要生命保障装置。实时监测舱外航天服的温湿度变化,在航天服生命保障系统中发挥着重要的作用。由于受舱外服空间的影响,对传感器体积、功耗、精度等特性提出较高要求。本文基于石英音叉谐振器结合氧化石墨烯材料,研究一种双音叉谐振式温湿度传感器,建立并优化BP神经网络温度补偿模型结合FPGA实现双音叉温湿度传感器湿度响应的温度补偿。首先,根据石英压电材料相关理论,利用ANSYS软件对石英音叉谐振器进行模态仿真分析,分析氧化石墨烯材料物理化学特性与水分子感湿特性,将氧化石墨烯涂覆在AT切型石英音叉臂,制作湿度敏感元件;根据XY切型石英音叉对温度敏感特性,制作温度敏感元件;采用ABS外壳及树脂材料对温度谐振器与湿度谐振器进行封装,完成传感器原型设计。其次,建立BP神经网络温度补偿模型,实现湿度测量温度补偿,从鱼群规模、视野步长、行为选择三个方面改进AFSA算法并对BP神经网络进行优化,补偿误差从5.50%RH降低到0.11%RH内,训练时间缩短到91.4s,利用FPGA对BP神经网络进行实现,对比PC端,FPGA计算速度为120μs。最后,搭建传感器测试平台,对双音叉温湿度传感器进行测试,测试结果表明:该传感器温度量程为-20℃~100℃,温度灵敏度为-1.61Hz/℃,非线性误差为1.87%,温度最小分辨力为0.0067℃,温度响应时间<2s,室温20℃环境下,该传感器在11.3%~98.4%RH的范围内,灵敏度约为-1.102Hz/(%RH),非线性误差约为4.2%,最小分辨力为0.6926%RH,湿滞误差为6.08%,响应时间和恢复时间分别是80s和110s左右,且具有良好的重复性。在20℃~51℃温度变化范围内,经过BP神经网络温度补偿后,湿度传感器湿度响应最大的误差是0.45%RH,验证了BP神经网络温度补偿的有效性。

张照云[2](2018)在《添加剂对石英单晶湿法刻蚀特性的影响机理及应用研究》文中提出石英单晶是MEMS中的一种重要材料,由于其具有优良的机械弹性,温度特性,高品质因数,化学稳定性,石英MEMS已经用于各种行业,特别是在惯性传感领域得到了很大的发展,如石英音叉陀螺、石英振梁加速度计己经在航空、航天、航海、导弹控制等方面得到广泛应用。化学湿法刻蚀具有批量制造、成本低的特点,石英单晶一般采用化学湿法刻蚀的方法,其主要的问题是刻蚀表面会出现金字塔型的小丘,导致刻蚀表面比较粗糙:另外,石英晶体材料具有复杂的晶向,很难加工出理想的矩形截面,且刻蚀截面的形貌会随着晶向、方向角、开孔大小以及刻蚀深度发生变化。目前,对石英单晶刻蚀特性的研究还不充分,刻蚀表面出现金字塔型小丘的机理还未见分析,还没有有效减小刻蚀表面粗糙度的方法,对于侧向刻蚀截面形貌的演化规律也还缺乏充分的认识,有必要进一步研究石英单品的湿法刻蚀特性,弄清小丘的形成机理,找到减小表面粗糙度的方法和充分认识刻蚀截面形貌的演化规律。在单晶硅湿法刻蚀研究中,常通过在刻蚀液体中加入添加剂改变单晶硅的湿法刻蚀特性,而在石英单晶湿法刻蚀中,还未查到在刻蚀液体中加入添加剂来改变石英单晶的刻蚀特性。因此,在进一步深入研究石英单晶湿法刻蚀特性的基础上,研究添加剂对石英单晶刻蚀特性的影响机理研究,并利用添加剂调控石英湿法刻蚀特性,必将更加有效的提高微机电器件的性能和加快新型器件的开发研制,具有重要的学术意义和应用价值,并取得显着经济效益和社会效益。本文针对石英单晶刻蚀表面和侧面刻蚀形貌的问题,进一步深入研究了石英单晶的湿法刻蚀特性,在此基础上探索了添加剂对石英单晶湿法刻蚀特性的影响,并将相关成果应用于一种新型的石英摆式微加速度计的制作中,主要研究内容如下:1.进一步深入研究了石英单晶在氟化氢铵溶液中的刻蚀特性。在研究石英单晶湿法刻蚀机理的基础上,进一步深入研究了石英单品在氟化氢铵溶液中的刻蚀特性,研究了刻蚀速率、刻蚀表面粗糙度和侧向刻蚀形貌随刻蚀条件的变化规律,首次深入分析了Z向刻蚀表面小丘的形成机理以及小丘的形成过程,并讨论了侧向刻蚀形貌随时间的演化规律。2.研究添加剂分子在石英单晶表面的吸附机理,建立吸附模型。在研究石英表面特性和固-液界面特性的基础上,以表面活性剂DPC在石英表面上的吸附等温线为基础,深入分析了表面活性剂在石英表面的吸附机理,在此基础上,建立了添加剂在石英表面的吸附模型。3.研究了添加剂修饰的石英单晶湿法刻蚀特性。首先研究了单一添加剂对石英单晶刻蚀速率和刻蚀表面粗糙度的影响,并分析了其影响机理,然后研究了两种添加剂对石英单晶刻蚀表面粗糙度的影响,并分析了其影响机理。通过以上研究,有效揭示了添加剂作用的石英单晶湿法刻蚀机理。4.制作出基于湿法刻蚀技术的石英摆式微加速度计。根据以上研究结果,将石英单晶湿法刻蚀技术应用于石英摆式微加速度计制作中,设计了石英摆式微加速度计的结构,讨论了其关键工艺步骤,通过优化刻蚀条件,制作出高质量石英摆式微加速度计。通过测试,石英摆式微加速度计中间敏感结构质量块侧壁陡直,左右对称性以及上下对称性好,敏感结构悬臂梁刻蚀表面粗糙度减小50%左右,对器件性能进行了初步测试,具有较好的指标。

林丙涛,蒋昭兴,江黎,赵建华,李文蕴[3](2016)在《一种高灵敏度石英微机械陀螺敏感器件》文中认为针对石英晶体各向异性的特点,设计了一种驱动梁为双"W"截面形状的石英音叉微机械陀螺,通过在驱动梁表面凹槽两端设置深凹槽,有效提高了凹槽侧壁的陡直性,进而提高了驱动梁内部电场的激励效率和陀螺灵敏度。采用有限元仿真的方法,分析了不同截面形状的驱动梁压电激励力的相对大小,优化设计了陀螺芯片结构参数。依据陀螺芯片的结构,设计了合理的工艺方案并在3英寸石英圆片上制作出了三种驱动梁截面形状的陀螺器件,测试结果表明,相对于矩形驱动梁截面的陀螺芯片,双"W"形驱动梁截面的陀螺芯片的灵敏度提高约60%。

漆志婉[4](2016)在《谐振式油品检测系统设计》文中提出发动机、变速箱、液压系统等设备在润滑油的保护下得以正常运行,而油品检测技术能为油液劣化、设备磨损提供早期发现与预警。传统的油液检测方法存在实时性差、检测仪器体积大且昂贵等诸多缺点,而基于油液传感器的测量方法凭借其良好的实时性和便于维护性迅速成为油液检测领域的研究热点。本文结合国内外油液传感器的研究现状与发展趋势,设计了以石英音叉为敏感元件的谐振式油液粘度密度传感装置以实现油品检测。首先,基于石英晶体的压电特性与阻抗特性,介绍了石英音叉传感器用于油液粘度密度测量的工作原理,完成了检测系统的总体设计。然后,对石英音叉的振动模态及其实现进行了理论分析,使用有限元软件ANSYS对石英音叉进行了模态分析与静力分析,制作了石英音叉油液传感器探头。使用微控制器STM32F103ZET6、阻抗转换器AD5933和继电器FTR-B3GA003Z等数字芯片设计了检测系统硬件电路,并在该硬件电路的基础上完成了相应的软件编程工作,从而实现了该系统的自动阻抗测量功能。同时,为了能够更加直观地显示粘度或密度测量值,使用图形化编程软件Labview设计了与该检测系统配套的上位机界面。最后,对该谐振式油品检测系统的性能进行测试,结果表明,在(0-16)cP粘度范围内,该系统的测量相对误差范围为6.060%~6.58%;在(820~950)kg/m3密度范围内,该系统的测量相对误差范围为6.20%-6.49%。

刘博[5](2016)在《电容式硅微陀螺的结构优化和检测技术研究》文中进行了进一步梳理微机电加工技术(MEMT,Micro-Electro-Mechanical Technology)在近年来日益成熟,微机械陀螺结构集成度也随之不断增高、应用环境更加多样化,获得高性能指标所面临的问题越来越复杂。在微机械陀螺微小型化的过程中,电场的边缘效应和电容检测中的非线性特性对微机械陀螺的性能指标的影响也更加明显。目前,提高微机械陀螺性能指标的方法主要分为优化微陀螺系统结构设计和改良微陀螺检测方式两方面。本文从上述两方面入手研究提高微机械陀螺系统性能和稳定性的方法,提出微陀螺结构参数的选取原则和微陀螺的优化结构设计模型,并对提出的新型微陀螺设计进行仿真分析,针对微陀螺中的非线性问题,对微陀螺系统的检测方式进行优化改良和实验验证,主要内容安排如下:1、推导了多自由度微陀螺性能指标与结构参数间的数学关系,建立了多自由度微陀螺结构参数的设定原则。重点分析了微陀螺系统的带宽和增益等性能指标与微陀螺部件质量、弹性悬梁弹力值和空气阻尼等机械参数之间的耦合关系。仿真验证设计模型的可行性,并找到一种可以优化微陀螺系统性能的整体设计方案。实现微陀螺机械结构参数与最终陀螺输入指标形成更为具体的量化对应关系,为下一阶段设计更为复杂的微陀螺结构提供理论基础。2、针对陀螺共模干扰问题提出了一种具有两组对称结构感应模态振荡器的微陀螺设计方案。陀螺中激励模态和感应模态均采用二自由度振荡器,通过施加反向激励使得两感应单元在激励方向始终反向运动,以两感应模态的差动输出作为微陀螺系统的最终输出从而消除共模干扰。该结构中振动部件被设计成单自由度弹性悬梁,微陀螺整体结构形成双解耦结构消除机械耦合。3、针对单感应模态微陀螺系统中存在陀螺增益和带宽相互制约的不足进行微陀螺结构的组合设计。第一种设计形式采取单自由度与二自由度振荡器交替检测策略,充分利用了在激励频率稳定时,单自由度振荡器具有极高敏感度的优势。同时陀螺的感应模态可以切换为二自由度振荡器,从而有效拓展检测带宽;优化设计的第二种形式采用的是多组二自由度振荡器组合检测策略,该方法利用两组具有中心频率平移的二自由度振荡器作为感应单元。优化之后的微陀螺输出特性在带宽范围内更为稳定,在降低陀螺误差的同时提升了微陀螺系统的检测可靠性。4、针对单自由度微陀螺系统感应模态中心频率平移会造成陀螺性能剧烈降低的问题,将频率检测方式引入到微陀螺系统中,从而形成可以在多种振动模态间切换的微陀螺振动结构。该种微陀螺不仅具有传统陀螺频率匹配时高增益响应的特点,同时兼具频率检测与中心频率波动无关的优势。此外,这种微陀螺还可以切换为一种具有二自由度感应模态的微陀螺系统,为导航设备提供稳定的姿态输出。5、针对微陀螺电容检测中的非线性问题,分析了陀螺系统中的牵引效应并提出了一种新型斜尖端齿梳检测方式。研究了在不同情况下,牵引效应的描述形式及微陀螺系统工作时牵引效应产生的非线性影响。通过Conventor Ware中建模分析,验证了新型斜尖端齿梳检测方式在优化微陀螺系统电场和改良系统非线性检测方面的优势。最后利用高精度检测仪器Polytec PMA-500观测微陀螺梳齿结构并对其性能进行测量,得到微陀螺工作的稳定区域和牵引效应区域。实验结果证明了斜尖端齿梳在稳定工作区域具有较高的线性度输出,为提高电容式微陀螺检测信号的线性度奠定了基础。

徐军[6](2014)在《石英音叉谐振式温度传感器及关键技术的研究》文中认为石英晶体温度传感器的工作原理是基于压电谐振器对温度的热敏感性,属于热敏型压电谐振传感器。石英晶体温度传感器具有精度高、迟滞小和稳定性好等优点,是一种以频率作为输出信号的准数字温度传感器,在高精密测温领域中发挥着重要的作用。各向异性的石英晶体具有压电效应属于压电弹性体,存在固有谐振频率,其谐振频率特性与晶体的切向密切相关。通过合理设计石英晶体的切向,可使石英晶体的谐振频率与温度密切相关,因此可根据石英晶体的频率温度特性来设计制造温度传感器。石英音叉谐振式温度传感器是石英晶体温度传感器的一个分支,基本原理是外界的温度变化引起石英音叉谐振器的频率变化,通过检测石英音叉谐振器的频率变化来检测温度的变化。石英音叉谐振式温度传感器具有分辨率高、体积小、成本低、功耗低、抗干扰能力强、稳定性好等特点,是低功耗高精密温度传感器研究的重要方向之一。本文提出了一种MEMS石英音叉谐振式温度传感器,采用石英晶体热敏新切型,使该新型温度传感器的灵敏度相比于传统的石英音叉温度传感器具有较大的提升。论文针对石英音叉谐振式温度传感器的基础理论、设计方法、加工工艺和测量方法等关键技术问题进行了较为全面深入的研究,主要完成以下工作:1.提出了基于MEMS石英音叉谐振式温度传感器新结构,确定了传感器研究的总体方案。2.阐述了基于压电振动理论的石英音叉谐振式温度传感器的基本结构与工作原理;分析了石英音叉的谐振器结构特性,采用H型音叉臂和合理的电极设置,提高了谐振器的品质因数,从而提高了传感器的信噪比;基于压电本构方程和弹性力学振动理论,建立了石英音叉压电悬臂梁弯曲振动的力学振动模型,推导出振动方程,实现对石英音叉谐振频率的求解。3.基于石英音叉谐振器的频率温度特性,建立了石英晶体频率温度系数的理论分析模型,在满足石英晶体谐振式传感器设计要求的前提下,通过双坐标旋转设计了石英晶体的热敏新切型;建立了石英音叉谐振式温度传感器灵敏度计算模型,估算灵敏度约为–2Hz/℃。4.基于压电效应和机电耦合理论,在考虑石英音叉的机电特性的前提下,基于汉密尔顿理论,推导出压电晶体的有限元计算方程;并利用ANSYS软件对设计的石英音叉谐振器进行了模态仿真分析和结构优化;设计了传感器的MEMS加工工艺流程,成功研制出石英音叉谐振式温度传感器样机。5.研制了基于电容补偿的闭环正反馈振荡电路,搭建了石英音叉谐振式温度传感器测试平台;在-20100℃的温度范围内,测试了石英音叉谐振式温度传感器样机的主要性能参数,灵敏度为–1.9Hz/℃、非线性误差为1.8%、分辨力为0.0125℃。

徐向武[7](2013)在《改进的石英晶体音叉谐振器分析方法和电路参数的有限元计算》文中研究说明石英晶体谐振器作为一个重要的电子元器件,在当今的电子设备中无可替代。它具备高精度、高稳定性的重要特点,在信息传递和频率稳定与时间标准的控制方面起着其他频率电子元器件无可替代的作用。因此我们必须要不断改进对考虑音叉的振动模态和电路参数的计算,其中振动模态可以用梁的理论求解,而电路参数的求解则可以通过考虑石英晶体的压电特性与材料粘性来获得。本文回顾了多种关于计算石英音叉振动频率的方法,并且推导和提出了新的计算方法,将Sezawa基于Euler梁的方法作了改进。通过算例将改进的Sezawa方法的计算结果与实际产品的振动特性进行了比较,可以看出改进后的Sezawa方法可以更好的估算音叉的物理参数。石英音叉的电路参数计算不够准确,主要是和材料和结构的阻尼相关,理论计算往往会忽略,在本文中用有限元软件来弥补这一个缺陷,以期达到精确的计算效果。由于复弹性常数的引入,解析解法就有了计算困难,而本文则利用ANSYS这款通用有限元软件的强大计算能力,将石英音叉的材料耗散和结构阻尼等考虑在内,运用所提出的电路模型计算了石英音叉的静态电容和动态电路参数。结果表明,本文所提出的静态电容模型和动态电路参数模型与实际产品的具体参数相比无误差很小,可以在以后的石英音叉产品设计中用于对电学参数的精确估计。

胡世昌[8](2013)在《可调谐栅结构微机械陀螺的研究》文中研究说明陀螺是一种实现角速度或角位移测量的传感器,是惯性测量单元(IMU)的重要组成部分。微机械陀螺相对于传统的刚体转子陀螺与光学陀螺而言,具有体积小,低成本,低功耗,可批量生产等特点,成为近几十年的研究热点。其应用领域包括消费电子,汽车工业,导航系统等。栅结构微机械陀螺采用变面积电容结构,其平面内运动模态使其在大气环境下具有较小的阻尼,且其硅玻璃结构使其具有较大的可动质量块,从而具有较小的机械热噪声。传统的栅结构微机械陀螺由于采用变面积电容进行驱动及检测,无法在驱动或检测模态上对陀螺的谐振频率进行调整,驱动与检测模态不能实现完全匹配,导致陀螺的性能不能得到有效的提升;另外,由于加工工艺误差导致的离散性较大,器件性能不一。本论文在传统的栅结构微机械陀螺的基础上,对器件结构与电路进行改进,实现陀螺驱动与检测谐振频率的匹配,使陀螺性能得到优化。主要工作内容以及创新点如下:1)针对传统栅结构微机械陀螺无法对驱动及检测模态的谐振频率进行调整的问题,提出并实现了一种新型的可调谐栅电容结构。该结构中可动电极仍为矩形,而固定电极改为三角形,三角形固定电极的一边与可动电极的长边交叠。当可动电极与固定电极间有一固定直流电压时,此栅电容结构即可产生一等效的静电弹性系数,改变陀螺相应方向上总的弹性系数,从而调整驱动或检测模态的谐振频率使其达到匹配。将三角形固定电极的位置水平翻转可得到符号相反的静电弹性系数。实际加工的陀螺器件样品的测试结果表明,检测模态谐振频率与调谐直流电压呈二次曲线型关系,当调谐电压为15V时,检测模态的谐振频率改变13.5Hz,与理论分析结果基本一致。2)针对MEMS陀螺带宽,已有文献指出,当驱动与检测模态频率差△f较大时,带宽为0.54|△f|,当模态匹配时为fo/2Q,其中fo为器件工作频率,但对于谐振频率差较小但不等于零的情况则没有相关结论。且一般认为,陀螺的灵敏度与带宽是相互制约的两个性能,灵敏度越大,带宽越小。本文通过建立仿真模型进行分析,发现频率差较小时,陀螺带宽与驱动检测模态的谐振频率差关系曲线中存在一个断点,断点外带宽约为0.54|△f|,断点内带宽可明显高于断点外带宽。断点对应的频率差约为fo/Q,断点处的带宽为极大值,约为1.52fo/Q。由于断点处灵敏度比断点外大,可利用该特性优化带宽和灵敏度综合性能。利用具有调谐结构的陀螺器件测试在不同谐振频率差情况下的带宽,验证了上述发现。3)本文设计的调谐电极在对陀螺的驱动与检测模态进行匹配的同时,可用于对陀螺中的耦合进行力平衡反馈。在差分调谐电极上分别施加一具有相同直流及反相交流的电信号,可以同时实现频率匹配与力平衡两种功能。对处于匹配状态下的检测环路进行分析,指出在环路参数选取适当的情况下,检测闭环可以提高陀螺系统输出带宽,且不改变输出的噪声基底。在适当的参数下对系统的性能进行测试,闭环情况下的系统输出带宽为12.5Hz,相对开环情况下的3.5Hz有较大的提高。闭环情况下的噪声等效角速度为8.467°/hr/√Hz,与开环情况下的9.218’/hr/√Hz基本一致。在±500°/s范围内测试系统输出响应,其非线性度为0.0175%,即175ppm。其二次拟合结果中二次项与一次项比例系数为0.395ppm。在检测闭环情况下对系统的输出稳定性进行测试,1小时的最佳测试结果为标准差15.65°/hr, Allan方差2.7。/hr。根据现有文献,此结果是大气环境下工作的MEMS陀螺中测得的最好结果。

栾清磊[9](2011)在《组合式石英圆柱壳体振动陀螺的研究》文中提出本文提出了一种组合式石英圆柱壳体振动陀螺结构。将陀螺谐振子的谐振部分与驱动部分分开进行加工,再通过高强度胶将两部分联接为一个整体谐振子。通过这种方法,可以在保证陀螺性能的同时显着降低石英谐振子的加工难度。全文针对这种组合式石英圆柱壳体振动陀螺,对其理论分析、制造工艺以及性能测试等进行了深入的研究。具体研究内容如下:1.提出了组合式石英谐振子的结构并建立其数学模型,并对其进行了结构分析及模态仿真分析。研究了组合式谐振子各个尺寸参数对谐振频率的影响,发现谐振环的外径及厚度对谐振频率的影响最大,为谐振子的结构设计提供了理论依据。2.研究了组合式圆柱壳体振动陀螺谐振子Q值的影响因素。通过理论分析及实验研究,分析了组合式谐振子的材料、尺寸以及谐振环形状等因素对于谐振子品质因数的影响。研究结果表明组合式谐振子的Q值相比整体加工的谐振子减小幅度不大,而谐振子材料、谐振环形状及谐振环外径对Q值的影响较大。3.研究了组合式石英圆柱壳体振动陀螺的制造工艺,包括石英谐振环和石英底部的加工工艺以及胶接工艺。研究了圆柱壳体振动陀螺谐振子的频率裂解以及其修形理论,采用添加质量法对组合式石英谐振子进行了修形,并将其频率裂解调整到了0.05Hz以下。4.制作出组合式石英圆柱壳体振动陀螺样机,并对其进行了性能测试。得到陀螺样机的Q值为6400左右,谐振频率的温度系数为8.64 ?1 0? 5/℃。在动态范围为±100?/s的情况下,刻度因子为112.5mV/(?/s),线性度为0.75%,室温下两个小时内的零偏稳定性为1.6?/h。

李浩,肖定邦,吴学忠,陈志华,侯占强[10](2011)在《微陀螺模态特性的参数化分析方法》文中指出模态分析是微陀螺结构设计的重要环节,针对一种采用L形截面悬臂梁支撑的微陀螺结构,提出了参数化的模态分析方法。建立了微陀螺的参数化模型,以VC作为封装ANSYS的APDL命令流的工具,开发了微陀螺参数化的模态分析模块。利用该模块研究了微陀螺模态频率随主要结构尺寸变化的规律,发现对模态频率影响较大的是硅结构的厚度和支撑梁的宽度,并通过优化结构尺寸使其模态频率完全匹配。

二、微型石英音叉陀螺模态特性的设计(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、微型石英音叉陀螺模态特性的设计(论文提纲范文)

(1)双音叉温湿度传感器研究与设计(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 课题背景及研究的目的意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 温湿度传感器研究现状
        1.2.2 湿度传感器的温度补偿研究现状
    1.3 主要研究内容
第2章 双音叉温湿度传感器设计
    2.1 石英晶体相关理论
        2.1.1 石英晶体的物理参数
        2.1.2 石英晶体切型
    2.2 石英音叉敏感元件研究
        2.2.1 石英压电谐振器的振动模式
        2.2.2 石英音叉表面电极配置
        2.2.3 石英音叉谐振器有限元分析
    2.3 氧化石墨烯物理化学特性分析
        2.3.1 吸湿率与氧化石墨烯含量关系分析
        2.3.2 响应速率分析
        2.3.3 动力学分析
        2.3.4 环境温度对氧化石墨烯感湿性能影响
        2.3.5 氧化石墨烯与初始浓度的关系
    2.4 氧化石墨烯制备与表征性能分析
    2.5 双音叉温湿度传感器制备
        2.5.1 氧化石墨烯亲水机理与制备
        2.5.2 氧化石墨烯感湿膜的制备
        2.5.3 双音叉温湿度传感器结构设计
        2.5.4 双音叉温湿度传感器的封装
    2.6 双音叉温湿度传感器频率响应特性分析
        2.6.1 温度频率响应特性分析
        2.6.2 湿度频率响应特性分析
    2.7 本章小结
第3章 双音叉温湿度传感器温度补偿
    3.1 双音叉温湿度传感器温度补偿原理
    3.2 基于BP神经网络的温度补偿
        3.2.1 BP神经网络温度补偿数学模型
        3.2.2 BP神经网络结构设计
    3.3 基于AFSA-BP神经网络温度补偿
    3.4 改进AFSA-BP神经网络算法
        3.4.1 鱼群初值的选择
        3.4.2 步长视野的改进
        3.4.3 行为选择的改进
        3.4.4 改进AFSA-BP神经网络算法描述
        3.4.5 改进AFSA-BP神经网络的温度补偿实现
    3.5 算法性能对比分析
    3.6 本章小结
第4章 基于FPGA神经网络算法温度补偿
    4.1 单个神经元的实现
    4.2 激活函数的实现
        4.2.1 查找表法
        4.2.2 分段函数线性逼近法
    4.3 温度补偿的硬件实现
        4.3.1 BP神经网络整体架构的实现
        4.3.2 整体实现流程与性能分析
    4.4 系统仿真分析
    4.5 本章小结
第5章 双音叉温湿度传感器的测试与分析
    5.1 传感器测试平台的搭建
        5.1.1 振荡电路
        5.1.2 频率采集电路
        5.1.3 温湿度采集客户端设计
        5.1.4 双音叉温湿度传感器测试实验设计
    5.2 测试结果与分析
        5.2.1 温度部分测试结果分析
        5.2.2 湿度部分测试结果分析
        5.2.3 双音叉温湿度传感器温度补偿测试结果分析
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文和获得的专利
致谢

(2)添加剂对石英单晶湿法刻蚀特性的影响机理及应用研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 MEMS
        1.1.1 MEMS制造技术
        1.1.2 MEMS材料
    1.2 α石英单晶
        1.2.1 石英晶体的结构
        1.2.2 石英晶体的性质
    1.3 石英MEMS
        1.3.1 石英微加速度计
        1.3.2 石英微陀螺
    1.4 石英加T技术
    1.5 研究意义
    1.6 本文研究内容
    1.7 论文结构安排
第二章 石英单晶湿法刻蚀
    2.1 湿法刻蚀机理
        2.1.1 HF溶液的特性
        2.1.2 反应机理
        2.1.3 石英各项异性刻蚀机理
    2.2 湿法刻蚀特性
        2.2.1 刻蚀速率
        2.2.2 刻蚀表面粗糙度
        2.2.3 侧向刻蚀形貌
    2.3 本章小结
第三章 石英表面添加剂的作用机理
    3.1 添加剂的选取
    3.2 石英表面特性
    3.3 固-液界面特性
    3.4 添加剂在石英表面的吸附模型
        3.4.1 吸附理论
        3.4.2 添加剂在固-液界面的吸附
        3.4.3 单一添加剂在石英表面的作用机理
        3.4.3.1 单一添加剂与石英之间的吸附模型
        3.4.3.2 影响添加剂吸附密度的因素
        3.4.3.3 添加剂吸附对固液界面特性的影响
        3.4.4 两种添加剂在石英表面的共同作用模型
    3.5 本章小结
第四章 添加剂修饰的石英单晶湿法刻蚀
    4.1 单一添加剂对石英单晶湿法刻蚀特性的影响
        4.1.1 阳离子表面活性剂DPC
        4.1.2 异丙醇
        4.1.3 冰乙酸
    4.2 两种添加剂对石英单晶湿法刻蚀特性的影响
    4.3 本章小结
第五章 应用研究
    5.1 侧面形貌控制技术
    5.2 表面粗糙度控制技术
    5.3 石英摆式微加速度计的研制
        5.3.1 结构设计
        5.3.2 工艺研究
        5.3.2.1 石英刻蚀掩膜制备技术
        5.3.2.2 石英石英低温直接键合技术
        5.3.2.3 制备工艺
    5.4 测试结果及评价
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录A 研究生在校期间发表的学术论文及专利

(4)谐振式油品检测系统设计(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景及研究意义
    1.2 国内外油液传感器研究现状
    1.3 论文的研究内容及结构安排
2 油液粘度密度测量原理与系统总体方案
    2.1 石英晶体的压电特性与阻抗特性
        2.1.1 石英晶体的压电特性
        2.1.2 石英晶体等效电路及其阻抗特性
    2.2 基于石英音叉的油液粘度密度测量原理
        2.2.1 粘度测量原理
        2.2.2 密度测量原理
    2.3 油液检测系统的方案设计
        2.3.1 阻抗测量方法分析与比较
        2.3.2 阻抗测量方案设计
    2.4 本章小结
3 石英音叉传感器的设计与实现
    3.1 石英音叉的振动模式及其实现
    3.2 石英音叉的模态分析
        3.2.1 构建石英音叉的有限元模型
        3.2.2 石英音叉的模态求解与结果分析
    3.3 石英音叉的静力分析
    3.4 石英音叉传感器探头的制作
    3.5 本章小结
4 检测系统的硬件电路设计
    4.1 微控制器外围电路设计
        4.1.1 微控制器选型分析
        4.1.2 MCU最小系统电路
        4.1.3 串口通讯与下载调试接口电路
    4.2 阻抗测量电路
        4.2.1 AD5933阻抗测量原理
        4.2.2 AD5933的电源与时钟
        4.2.3 信号调理模块
        4.2.4 自动切换模块
    4.3 液晶显示电路
    4.4 电路板抗干扰设计
        4.4.1 去耦设计
        4.4.2 布局与布线
        4.4.3 检测系统电路板实物
    4.5 本章小结
5 检测系统的软件程序设计
    5.1 STM32与AD5933间的I~2C通讯
        5.1.1 I~2C串行通信协议
        5.1.2 AD5933寄存器的I~2C读写操作
        5.1.3 AD5933的寄存器及其设置
    5.2 AD5933的阻抗测量程序设计
        5.2.1 主程序设计
        5.2.2 自动切换子程序设计
    5.3 上位机程序设计
        5.3.1 Labview串口通信
        5.3.2 最小阻抗值R及其频点f_l的搜寻
    5.4 本章小结
6 谐振式油品检测系统的实验及分析
    6.1 标定实验
        6.1.1 标定用油与标准传感器
        6.1.2 C_η、C_(ρη)与C_(ρ0)的标定
    6.2 综合测试实验及结果分析
    6.3 本章小结
7 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 展望
致谢
参考文献
附录

(5)电容式硅微陀螺的结构优化和检测技术研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 论文的研究背景和意义
    1.2 振动微机械陀螺研究现状
        1.2.1 微机械陀螺系统国外研制情况
        1.2.2 微机械陀螺系统国内研制情况
    1.3 本文工作内容
第2章 微陀螺系统模型和理论基础
    2.1 微机械角速率陀螺
        2.1.1 单振动质量微陀螺工作原理
        2.1.2 多框架解耦结构微陀螺仪
    2.2 微陀螺系统的信息传递与噪声分析
        2.2.1 微陀螺系统的信息传递
        2.2.2 微陀螺系统的噪声分析
        2.2.3 微陀螺系统的物理场分析
    2.3 电容检测方式的分析与选取
        2.3.1 可变正对面积电容(交叉梳齿)
        2.3.2 可变间隙电容(平行板电容)
        2.3.3 微机电系统中的平行板电容器与交叉梳齿电容器选择
    2.4 微陀螺系统的电路建模和设计流程
        2.4.1 在微陀螺系统中的等效网络表示
        2.4.2 微系统物理场建模特点分析和设计流程
    2.5 本章小结
第3章 多自由度微陀螺结构参数对其性能影响分析
    3.1 引言
    3.2 四自由度微陀螺的结构与建模
        3.2.1 微陀螺结构设计与工作原理
        3.2.2 多自由度微陀螺动力学模型
    3.3 陀螺响应特性分析
        3.3.1 阻尼对感应模态性能的影响
        3.3.2 感应模态的增益和带宽分析
    3.4 陀螺参数的选取和系统仿真
        3.4.1 微陀螺参数的选取
        3.4.2 微系统振动响应特性分析
        3.4.3 微系统幅频特性验证
    3.5 本章小结
第4章 反相位激励双解耦微机械陀螺设计
    4.1 引言
    4.2 反相位振动微陀螺设计和工作原理
        4.2.1 反相位解耦陀螺设计
        4.2.2 反相位振动微陀螺系统工作原理
    4.3 反相位微陀螺动力学分析和设计
        4.3.1 反相位微陀螺激励模态分析
        4.3.2 反相位微陀螺感应模态分析
    4.4 反相位振动微陀螺的参数设定和仿真分析
        4.4.1 微陀螺的参数设定
        4.4.2 陀螺特性仿真分析
    4.5 本章小结
第5章 多感应振荡器解耦微陀螺设计
    5.1 单自由度与二自由度感应振荡器组合解耦微陀螺
        5.1.1 单自由度与二自由度感应振荡器组合微陀螺构架设计
        5.1.2 单自由度与二自由度感应振荡器组合微陀螺检测原理
        5.1.3 激励方向分析和设计
        5.1.4 感应方向分析和设计
        5.1.5 微陀螺的参数设定
    5.2 双二自由度感应振荡器组合微陀螺结构及检测原理
        5.2.1 双二自由度感应振荡器组合微陀螺框架构建
        5.2.2 双二自由度感应振荡器组合微陀螺的检测原理
        5.2.3 数学方程的列写和动力学分析
        5.2.4 振动结构的设计方程
        5.2.5 微陀螺的参数设定
    5.3 仿真结果分析
        5.3.1 单自由度与二自由度感应振荡器微陀螺仿真结果分析
        5.3.2 双二自由度感应振荡器微陀螺仿真结果分析
    5.4 本章小结
第6章 可变幅值检测和频率检测的角速率微陀螺设计
    6.1 可变检测方式微陀螺结构和工作模态
        6.1.1 双检测方式微陀螺结构
        6.1.2 幅值检测下的第一工作模式
        6.1.3 频率检测下的第二工作模式
        6.1.4 二自由度激励模态幅值检测工作模式
    6.2 特征参数的设定和仿真
        6.2.1 机械结构的特性参数设定
        6.2.2 仿真结果分析
    6.3 微陀螺的加工工艺和ConventorWare建模
        6.3.1 微陀螺的加工工艺
        6.3.2 微陀螺ConventorWare仿真模型的建立
    6.4 本章小结
第7章 牵引作用与优化斜尖端电容检测原理和构建
    7.1 平行板电容器中的牵引效应的静态分析
    7.2 激励对梳齿电容静态响应特性的影响
        7.2.1 静态非对称牵引效应
        7.2.2 静态对称牵引效应
    7.3 斜尖端电容梳齿建模分析
    7.4 斜尖端电容齿梳结构参数设定和实验验证
        7.4.1 斜尖端电容齿梳结构的参数设定
        7.4.2 斜尖端电容齿梳结构仿真分析和实验验证
    7.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

(6)石英音叉谐振式温度传感器及关键技术的研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景、目的和意义
    1.2 石英晶体温度传感器技术国内外研究现状
        1.2.1 厚度切变式石英晶体温度传感器
        1.2.2 石英音叉式温度传感器
        1.2.3 石英音叉式温度传感器设计方法
    1.3 论文的主要研究内容
第2章 石英音叉谐振式温度传感器的研究基础
    2.1 压电弹性体的本构关系
        2.1.1 本构方程
        2.1.2 石英晶体的材料参数
        2.1.3 石英晶体的切角
    2.2 压电晶体的弹性力学方程
    2.3 石英传感器敏感元件的机电特性
        2.3.1 石英音叉谐振器的机械特性
        2.3.2 石英音叉谐振器的电气特性
    2.4 石英音叉的结构设计
        2.4.1 石英音叉的弯曲振动模式
        2.4.2 石英音叉压电悬臂梁的动力学方程
        2.4.3 谐振频率的求解
        2.4.4 石英音叉的电极设置与优化
    2.5 传感器的工作原理
    2.6 本章小结
第3章 石英晶体热敏切型设计
    3.1 温度灵敏度的分析和热敏切型
        3.1.1 温度灵敏度分析
        3.1.2 石英音叉热敏切型
    3.2 石英晶体材料特性与热敏切型的关系
        3.2.1 弹性顺度系数与热敏切型的关系
        3.2.2 压电系数与热敏切型的关系
    3.3 晶体频率温度系数与热敏切型的关系
    3.4 石英晶体热敏切型的选择
    3.5 本章小结
第4章 石英音叉谐振器的有限元分析
    4.1 石英音叉压电悬臂梁的有限元方程
        4.1.1 压电悬臂梁的运动力学模型
        4.1.2 压电石英晶体的有限元素
        4.1.3 应变与位移和电场与电势
        4.1.4 压电石英晶体的有限元公式
        4.1.5 动态响应和谐波分析
    4.2 石英音叉谐振器振动模态的有限元分析
        4.2.1 石英音叉谐振器有限元模型的建立
        4.2.2 石英音叉谐振器振动模态分析
        4.2.3 石英音叉谐振器谐响应分析
    4.3 谐振频率分析
    4.4 石英音叉的加工和封装
    4.5 本章小结
第5章 石英音叉谐振式温度传感器的测试与分析
    5.1 石英音叉谐振器的振荡电路
        5.1.1 石英音叉谐振器振荡原理
        5.1.2 石英音叉谐振器的阻抗测试
        5.1.3 石英音叉振荡器电路
    5.2 石英音叉谐振式温度传感器的测试
        5.2.1 传感器测试平台的搭建
        5.2.2 测试结果与分析
        5.2.3 传感器的动态特性
    5.3 石英音叉谐振式温度传感器的频率温度系数
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢

(7)改进的石英晶体音叉谐振器分析方法和电路参数的有限元计算(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 音叉的材料和加工技术
    1.3 国内外研究现状
    1.4 本文主要研究工作
第2章 石英音叉的振动理论分析
    2.1 引言
    2.2 理论模型的建立
        2.2.1 欧拉梁理论
        2.2.2 Sezawa 理论
        2.2.3 改进型 Sezawa 理论
    2.3 算例
    2.4 本章小结
第3章 石英音叉的有限分析
    3.1 引言
    3.2 有限元计算软件 ANSYS 简介
    3.3 ANSYS 建模分析
    3.4 计算结果
    3.5 本章小结
第4章 石音音叉谐振器的电学参数分析
    4.1 引言
    4.2 电路参数模型
        4.2.1 考虑材料耗散时的理论推导
        4.2.2 静态电路模型
        4.2.3 动态电路模型
    4.3 数值算例
        4.3.1 问题的提出
        4.3.2 问题的计算
    4.4 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 进一步工作的展望
参考文献
附录 A 材料常数
附录 B 坐标系转换公式
在学研究成果
致谢

(8)可调谐栅结构微机械陀螺的研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
ABSTRACT
1. 绪论
    1.1. 陀螺概述
    1.2. 陀螺仪的分类
        1.2.1. 刚体转子陀螺
        1.2.2. 光学陀螺
        1.2.3. 振动式陀螺
    1.3. 微机械陀螺发展及国内外现状
        1.3.1. 国外发展现状
        1.3.2. 国内发展现状
    1.4. 课题研究内容
2. 微机械陀螺基础
    2.1. Coriolis效应
    2.2. 陀螺驱动模态响应
    2.3. 陀螺检测模态响应
    2.4. 陀螺器件的工作带宽
    2.5. 电容检测
    2.6. 静电弹性系数与静电吸合
    2.7. 空气阻尼
    2.8. 正交误差与柯氏零偏
    2.9. 小结
3. 可调谐栅结构微机械陀螺的设计
    3.1. 可调谐式栅结构微机械陀螺的结构
    3.2. 弹性梁结构设计
    3.3. 调谐结构的设计
    3.4. 静电推挽驱动
    3.5. 位移检测
    3.6. 力平衡检测
    3.7. 模态仿真
    3.8. 陀螺的噪声特性分析
    3.9. 小结
4. 可调谐栅结构微机械陀螺的制作
    4.1. 制作工艺简介
    4.2. 栅结构微机械陀螺的工艺步骤
    4.3. 工艺误差
    4.4. 工艺误差对调谐效果的影响
    4.5. 小结
5. 陀螺驱动及检测环路的设计
    5.1. 驱动环路的设计
    5.2. 驱动环路分析
    5.3. 驱动环路仿真
    5.4. 驱动环路测试
    5.5. 检测环路设计
    5.6. 环路分析
    5.7. 典型参数下的环路仿真
    5.8. 检测环路的测试
    5.9. 环路对噪声的影响
    5.10. 小结
6. 可调谐栅结构微机械陀螺的测试
    6.1. 陀螺器件特性测试
        6.1.1. 器件电容及模态频率特性测试
        6.1.2. 位移电容灵敏度测试
        6.1.3. 检测模态调谐能力测试
        6.1.4. 调谐能力温度特性测试
    6.2. 陀螺整体性能测试
        6.2.1. 开环下的耦合及标度因数测试
        6.2.2. 开环带宽测试
        6.2.3. 角速度响应测试
        6.2.4. 噪声测试
        6.2.5. 闭环角速度带宽测试
        6.2.6. 稳定性测试
    6.3. 小结
7. 总结与展望
参考文献
作者简历及在学期间所取得的科研成果

(9)组合式石英圆柱壳体振动陀螺的研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 论文研究背景及意义
    1.2 国内外圆柱壳体振动陀螺研究综述
        1.2.1 国外圆柱壳体振动陀螺的研究与发展概况
        1.2.2 国内圆柱壳体振动陀螺的研究与发展概况
    1.3 论文的主要研究内容
第二章 组合式圆柱壳体振动陀螺理论模型
    2.1 圆柱壳体振动陀螺的结构及工作原理
        2.1.1 圆柱壳体振动陀螺的基本结构
        2.1.2 圆柱壳体振动陀螺的工作原理
    2.2 组合式圆柱壳体振动陀螺谐振子的结构及理论建模
        2.2.1 组合式石英谐振子的结构
        2.2.2 组合式圆柱壳体振动陀螺谐振子的理论模型
    2.3 组合式石英谐振子的结构分析及仿真
        2.3.1 组合式石英谐振子的模态分析
        2.3.2 组合式石英谐振子结构尺寸对其固有频率的影响
    2.4 本章小结
第三章 组合式圆柱壳体振动陀螺谐振子的Q 值影响因素
    3.1 理论分析
    3.2 实验研究
        3.2.1 组合式谐振子结构对Q 值的影响
        3.2.2 谐振子材料对Q 值的影响
        3.2.3 谐振子尺寸对Q 值的影响
        3.2.4 谐振环形状对Q 值的影响
    3.3 本章小结
第四章 组合式石英圆柱壳体振动陀螺的制造
    4.1 主要制造流程
    4.2 组合式石英圆柱壳体振动陀螺谐振子的制造工艺
        4.2.1 石英圆筒谐振环加工工艺
        4.2.2 石英圆片底部加工工艺
        4.2.3 胶接工艺
    4.3 谐振子频率裂解及修形
        4.3.1 谐振子的频率裂解
        4.3.2 谐振子的修形理论
        4.3.3 组合式石英谐振子的修形实验
    4.4 圆柱壳体振动陀螺的测控电路
    4.5 本章小结
第五章 组合式石英圆柱壳体振动陀螺的性能测试
    5.1 Q 值测试
        5.1.1 胶接面研磨抛光前后的谐振子Q 值测试
        5.1.2 不同联接方式的谐振子Q 值测试
        5.1.3 真空条件下的谐振子Q 值测试
        5.1.4 声音法测谐振子的Q 值
    5.2 谐振频率的温度稳定性测试
        5.2.1 理论分析
        5.2.2 实验测试
    5.3 零偏稳定性测试
        5.3.1 测试系统及测试方法
        5.3.2 测试结果
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果

(10)微陀螺模态特性的参数化分析方法(论文提纲范文)

1 微陀螺结构、工作原理与参数化模型的建立
2 参数化的模态分析模块
    2.1 模块的功能和结构
    2.2 模块界面的编制
    2.3 APDL命令流的生成
    2.4 VC与ANSYS接口问题
3 微陀螺模态分析及尺寸优化
4 结论

四、微型石英音叉陀螺模态特性的设计(论文参考文献)

  • [1]双音叉温湿度传感器研究与设计[D]. 张峰峰. 哈尔滨理工大学, 2021(09)
  • [2]添加剂对石英单晶湿法刻蚀特性的影响机理及应用研究[D]. 张照云. 中国工程物理研究院, 2018(04)
  • [3]一种高灵敏度石英微机械陀螺敏感器件[J]. 林丙涛,蒋昭兴,江黎,赵建华,李文蕴. 中国惯性技术学报, 2016(03)
  • [4]谐振式油品检测系统设计[D]. 漆志婉. 南京理工大学, 2016(02)
  • [5]电容式硅微陀螺的结构优化和检测技术研究[D]. 刘博. 哈尔滨工程大学, 2016(06)
  • [6]石英音叉谐振式温度传感器及关键技术的研究[D]. 徐军. 哈尔滨理工大学, 2014(02)
  • [7]改进的石英晶体音叉谐振器分析方法和电路参数的有限元计算[D]. 徐向武. 宁波大学, 2013(03)
  • [8]可调谐栅结构微机械陀螺的研究[D]. 胡世昌. 浙江大学, 2013(06)
  • [9]组合式石英圆柱壳体振动陀螺的研究[D]. 栾清磊. 国防科学技术大学, 2011(07)
  • [10]微陀螺模态特性的参数化分析方法[J]. 李浩,肖定邦,吴学忠,陈志华,侯占强. 传感技术学报, 2011(10)

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微型石英音叉陀螺的模态特性设计
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