微机械惯性传感器专题3.ppt

* 陀螺1小时的标准差为1.271mV，对应于112deg/H的零偏稳定性。 * 性能指标 大小 单位 白噪声（White noise） 0.027 deg/s/sqrtHz 偏置稳定性（Random Bias） 0.006 deg/s 漂移速率斜坡（Drift Rate Ramp） 0.00001 deg/s/s * * * * 性能指标 大小 备注 标度因数1 42.17mV/°/s 状态1（闭环） 标度因数2 7.4mV/°/s 状态2（闭环）：相对状态1，通过降低了驱动电压的方法降低了标度因数以进行大量程测试 线性度1 99.995% 状态1（闭环），±43°/s（受限于DA） 线性度2 203ppm 状态2（闭环），±200°/s 白噪声基底 0.027 状态1（开环） 利用Allan Deviation分析法得到 偏置稳定性 0.006°/s 21°/h 漂移速率斜坡（Drift Rate Ramp） 0.00001 °/s /s 噪声基底 0.01 °/s/sqrtHz 状态1（闭环），利用矢量分析仪测试 噪声基底 0.0074 °/s/sqrtHz 状态3（开环）10V直流，3.5V交流幅度 * 单位 时间 噪声基底/分辨率 偏置稳定性 备注及参考文献 密歇根大学 2001 1 1Hz带宽 真空 [41] Berkeley 2002 0.05 真空 [33] HSG-IMIT LL型 2002 0.3 50Hz带宽 大气 [75] HSG-IMIT LL型 2002 0.025 50Hz带宽 真空 [75] 卡内基梅隆大学 2003 0.02 未知 [28] 中东理工大学 2007 0.025 1.5 大气 [116] 中东理工大学 2007 0.0867 0.109 大气 [117] Northop Grumman 2008 0.0067 0.00056 真空 [84] 佐治亚技术研究所 2008 0.00005 0.00027 真空 [57] 北京大学 2008 0.02 大气[91] 赫尔辛基大学 2008 0.042 0.05 未知[118] 对于大气压下工作的陀螺而言噪声基底最小的是2008年北京大学报道的0.02deg/s/sqrtHz，本陀螺的噪声基底比其提高了一倍多。 大气压下工作的陀螺的偏置稳定性多在 deg/s量级，报道的最好结果是2007年中东理工大学的0.109 deg/s，本陀螺的偏置稳定性比其高一个数量级还多，为0.006 deg/s，约为21deg/H. * 目前各微机械陀螺噪声基底和偏置稳定性值最小的是2008年佐治亚技术研究所报道的微机械陀螺，其噪声基底为0.00005deg/s/sqrtHz，比本陀螺高两个数量级；偏置稳定性为1deg/H，比本陀螺高一个数量级； 其次是2008年德国军工商Northop Grumman公司报道的微机械陀螺，其噪声基底为0.0067deg/s/sqrtHz，本陀螺与之接近；偏置稳定性为2deg/H，比本陀螺高一个数量级。 这两个陀螺均为音叉式工作，利用电调谐实现了驱动频率和检测频率的匹配，且均进行了真空封装。 * 利用深反应离子刻蚀获得了大的可动质量块，并且采用了新型梳状栅电容结构又使得可动质量块的质量相对传统栅电容结构的陀螺提高了54%； 栅电容的电容间距不受限于工艺深宽比的限制，因而陀螺获得了大的电容—位移灵敏度； 陀螺的结构进行了机械灵敏度最大化优化和频率匹配优化，实际加工出来的陀螺保持了频率匹配； 采用了高性能的数字化处理电路，获得了高信噪比的闭环驱动信号和解调性能。 * （1）实现加速度计的闭环反馈控制。闭环反馈控制可有效提高加速度计的动态范围和带宽。 （2）加速度计和陀螺的接口电路集成化。 （3）数字陀螺的处理电路的灵活性和性能可进一步提高和优化，以实现角速度信号的高速数字输出。这将显著提高陀螺的可测量动态范围，并使得对陀螺信号的处理更为灵活，从而提高陀螺性能。 * 提高可动质量块的质量可提高机械灵敏度并降低机械热噪声 减小系统阻尼可降低机械热噪声；并提高陀螺驱动模态的品质因子，使得陀螺获得更大的驱动位移振幅从而提高机械灵敏度。 电容—位移灵敏度取决于电容检测结构的设计，一般而言小的电容间距有助于提高电容—位移灵敏度。 驱动模态谐振频率和检测模态谐振频率匹配能提高陀螺的机械灵敏度 * * 栅电极 固定电极 栅差分电容的电容—位移灵敏度 固定电极 既能用来进行静电驱动，又能用来进行电容检测 体硅微机械加工可获得大的可动质量块 电容的间距通过硅的各项异性湿法刻蚀和硅玻璃阳极键合形成，间距可控，可做得很小 器件工作时的主要阻尼是滑膜阻尼 * 图3.4.1 原先采用的工艺流程示意图 *