仪器仪表学报

作者：陈 钢，刘宇鹏，崔 让，申 冲，曹慧亮

单位：陈 钢,1. 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,,刘宇鹏,2. 湖北三江航天红峰控制有限公司,,崔 让,1. 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,,申 冲,1. 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,,曹慧亮,1. 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,

关键词：MEMS环形陀螺;静电负刚度;刚度耦合;频率调谐;灵敏度

基金：科 技 部 国 家 重 点 研 发 计 划 ( 2022YFB3205000 )、 国 家 自 然 科 学 基 金 NSAF 联 合 基 金 ( U2230206 )、 山 西 省 基 础 研 究 计 划(20210302123020)项目资助

MEMS陀螺结构的驱动和检测模态谐振频率差(Δf)是决定其机械灵敏度的主要因素,当Δf≈0时,陀螺处于频率调谐状态,此时陀螺的机械灵敏度达到最大值。本文针对一种电容式全对称S形弹性梁硅基环形波动陀螺,对其使用调频电压进行频率调谐过程中发现,模态间存在一定的刚度耦合。本文分析其模态间刚度耦合产生的原因是结构误差(环形谐振子的结构误差主要体现在两个振动参数,一个是频率,另一个是阻尼),由于调频电压改变的主要参数是刚度系数,所以本文仅对频率误差进行建模分析。首先,介绍了环形陀螺结构,同时以此结构为基础分析了静电负刚度原理。其次,分析了其频率误差产生的原因,并建模推导出调频电压对两个工作模态产生的影响。最后,结合理论模型和实验结果比对,验证理论推导的正确性,并通过实验验证频率调谐状态下对环形陀螺的灵敏度提升了2.7倍。

来源：2023年第9期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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