无驱动微机械陀螺敏感元件模态分析

摘要：

鉴于常规微机械陀螺的驱动结构和检测结构往往总要进行频率匹配，造成带宽较窄，工艺复杂的问题，设计了一种新的微机械陀螺，安装于旋转飞行器上，利用飞行器的旋转获得角动量，敏感飞行器的偏航和俯仰横向角速度。由于没有驱动结构，所以结构简单，带宽较宽。首先基于这种巧妙的结构建立了敏感元件的振动方程。根据振动方程，扭转梁是影响质量振动模态和模态频率的关键，同时考虑到应力、残余应力的释放以及工作能力，扭转梁设计成横截面积为矩形的弧形梁，并对其抗扭刚度进行了解析推导和计算，从而确定了敏感元件的固有频率。接着利用有限元分析的方法，对其振动模态进行了仿真，仿真结果表明，敏感元件的第一模态是扭转振动，固有频率相对于解析结果的误差为9.86%。为了进一步验证，设计了静电驱动电容检测的方法，实验测试得到的谐振频率和解析值的相对误差为5.21%。仿真和实验结果与理论计算一致，表明扭转梁的设计是合理的，模态分析是正确的，而且为动态性能评估和结构优化提供了理论依据。

关键词：敏感元件、扭转梁、扭转刚度、固有频率

分类号：U666.1(船舶工程)

资助基金：国家自然科学基金委员会资助项目61372016；北京市传感器重点实验室开放课题KF20141077203；内蒙古自治区自然科学基金项目2011MS0910；北京市教育委员会科技计划资助项目KM201411232021

在线出版日期：2014-11-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：655-659