压电微固体模态陀螺的安装技术.pdf

2015年第34卷第10期
传感器与徵系统( Transducer and Microsystem Technologies)
DOI:10.13873/J.1000-9787(2015)10-0041-03
压电微固体模态陀螺的安装技术
韦念,吴校生,刘武,陈文元,崔峰,张卫平
(上海交通大学微纳科学技术研究院,上海200240)
摘要:压电微固体模态陀螺(PMMG)利用压电PZT长方体的某高阶共振模态作为参考振动,是一种抗
冲击抗震动能力强的新型全固态陀螺。获得优化的参考振动振型对提高陀螺性能至关重要,但是大多数
文献都没有涉及到封装对参考振动的影响。利用有限元方法(FEM)分析了压电振子安装时支撑点位置
与接触面积对参考振动的影响,分析结果表明:相对于接触面积的变化,支撑点位置的变化对陀螺参考模
态的影响更大。该研究结果为压电微固体模态陀螺的安装方法提供了理论基础。
关键词:有限元方法;压电;陀螺;安装
中图分类号:U666.12
文献标识码:A
文章编号:1000-9787(2015)100041-03
Mounting technology of piezoelectric micromachined
modal gyroscope
WEI Nian, WU Xiao-sheng, LIU Wu, CHEN Wen-yuan, CUI Feng, ZHANG Wei-ping
(Research Institute of Micro/Nano Science and Technology, Shanghai Jiao Tong Universit
Shanghai 200240, China
Abstract Piezoelectric micromachined modal gyroscope(PMMG)is a novel type of all-solid state gyroscope
hich utilizes the high-order resonance mode of the PZT body as its reference vibration and thus obtain excellent
proper ies of antishock and anti-v ration Otain e optimized re erence vibration mode is essential to improve
the performance of the gyroscope, but most papers didn't cover the influence of packaging on reference vibration
Influence of supporting point position and ontact area in installing of iezoelectric vibrator on reference vibration
is analyzed by finite element method(FEM), and analysis results show that the variation of supporting point
position has a greater impact on reference vibration mode of gyro compared with the variation of contact area. The
research provides theoretical bisis for mounting method of PMMG
Key words finite element method(FEM); piezoelectric; gyroscope; mounting
0引言
模态对MEMS谐振器的影响;通过将支撑与反射体的有效
陀螺是一种用以测量角速度和角位移的传感器件,在航
结合,支撑带来的损失可以降到最低];而在ALN谐振器
天、航空、航海以及制导等领域中有着广泛的应用。2006年,中,使用平边取代原来的凸边,可将通过支撑耗散的能量减
在土耳其 Istanbul召开的MEMS会议上,日本学者到最小?。然而,大多数文献都在研究如何通过改善支撑
Maenakae K等人首次提出了一种基于压电体髙阶振动模来提高Q值,并没有涉及到封装技术对参考振动模态的影
态的新型压电固态陀螺,文中称之为压电微固体模态陀响,而参考模态的优化对于陀螺性能的提高至关重要。
螺(PMMG)。与传统的机械陀螺相比,该陀螺內部不存在作
本文首先从理论上对压电型微固体模态陀螺的工作原
整体运动的部件和弹性支撑结构,因此,这种类型的陀螺抗理和所需参考振动模态进行了分析,然后采用有限元分析
冲击、抗震动能力强,对真空封装没有特别要求,且具有体积方法分析了支撑点的位置与接触面积对陀螺参考振动模态
小、功耗低、重量轻等特点。为确保其能长期、稳定的工作,
参数的影响。
陀螺应封裝在密封腔室内来隔离外界环境对它的影响。
压电微固体模态陀螺的工作原理
近年来,陀螺的封装技术受到越来越多的关注。文
如图1为压电微固体模态陀螺的总体结构示意图,,
献[2]分析了支撑柔度对品质因数(Q)和压阻换能效率的影W,H分别表示压电振子的长(x轴)、宽(y轴),高(z轴,极
响;文献[3]提出了线性声波带隙阵列支撑方法来降低寄生化方向P)。陀螺的核心部件是压电长方体振子,上下表面
收稿日期:2015-02-083
*基金项目:教育部支撑项目(625010117);上海市科委浦江人オ计划资助项目(14PJD022