硅微陀螺仪零偏稳定性的优化.docx

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第22卷第9期2014年9月

光学精密工程

OpticsandPrecisionEngineering

Vol.22No.9Sept.2014

文章编号1004-924X(2014)09-2381-08

硅微陀螺仪零偏稳定性的优化

赵阳，裘安萍，施芹，夏国明*,赵健

(南京理工大学MEMS惯性技术研究中心，江苏南京210094)

摘要：为了进一步提高硅微陀螺仪的零偏稳定性，使其满足更高精度应用场合的需求，研究了硅微陀螺仪零偏稳定性优化技术。以典型Z轴硅微陀螺仪为例，对影响其零偏稳定性的主要因素：机械耦合误差、电路耦合误差、机械热噪声、接口电路噪声进行了完整分析，并从抑制零偏温度漂移及输出噪声两个角度提出了改善硅微陀螺仪零偏稳定性的设计原则。基于上述原则，优化设计了硅微陀螺仪的机械结构及接口电路。最后对所设计的硅微陀螺仪进行了零偏稳定性测试，以验证所提出优化设计原则的有效性。实验结果表明，4个测试组的硅微陀螺仪零偏输出均无明显漂移，且零偏稳定性在6()/h左右，达到了中等战术级水平。

关键词：硅微陀螺仪；零偏稳定性；机械耦合误差；前置接口放大器

中图分类号：TH824文献标识码：Adoi:10.3788/OPE2381

Optimizationofbiasstabilityforsiliconmicrogyroscope

ZHAOYang,QIUAn-ping,SHIQin,XIAGuo-ming,ZHAOJian

(MEMSInertialTechnologyResearchCenter,

NanjingUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210094,China)

*Correspondingauthor,E-mail:xiaguoming@

Abstract:Toimprovethebiasstabilityofasiliconmicrogyroscopeformorepreciseapplications,theoptimizationofbiasstabilityforthesiliconmicrogyroscopewasexplored.BytakingatypicalZ-axissiliconmicrogyroscopeforanexample,zero-rateoutputerrorsofatypicalZ-axissiliconmicrogyroscopecausedbymechanicalcoupling,electricalcoupling,mechanicalthermalnoiseandinterfacecircuitnoisewereanalyzed.Onthebasisofdecreasingthedriftandnoiseofzero-rateoutputs,thedesignprincipletoimprovethebiasstabilityofthesiliconmicrogyroscopewasproposed.Themechanicalstructureandinterfacecircuitsforthesiliconmicrogyroscopeweredesigned.Toverifytheavailabilityofthedesignprinciple,thebiasstabilityofthesiliconmicrogyroscopewastested.Experimentalresultsindicatethatthezero-rateoutputsoffourtestedsiliconmicrogyroscopesarenoobviousdrifts,andtheirbiasstabilitiesareatthelevelof6()/h.Itsuggeststhattheproposedsiliconm