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基本信息

項(xiàng)目名稱:
電磁驅(qū)動介觀壓阻檢測微機(jī)械陀螺儀
小類:
信息技術(shù)
簡介:
本項(xiàng)目研究的目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)陀螺儀的產(chǎn)品化、生產(chǎn)化。本項(xiàng)目采用的陀螺儀相比于傳統(tǒng)的陀螺儀有顯著的優(yōu)勢和特點(diǎn),傳統(tǒng)的陀螺儀多采用靜電驅(qū)動電容檢測,電容式的陀螺儀缺點(diǎn)是顯而易見的,如驅(qū)動力小、檢測電路復(fù)雜、襯底必須可導(dǎo)電等。而本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的陀螺儀完全把這些缺點(diǎn)轉(zhuǎn)化成了優(yōu)點(diǎn),而且首次實(shí)現(xiàn)了電子器件RTD和陀螺儀的結(jié)合,為制作高靈敏度陀螺儀開創(chuàng)了先河和指引方向,也為現(xiàn)實(shí)我國自主開發(fā)研制可實(shí)用性陀螺儀打下基礎(chǔ)。
詳細(xì)介紹:
本項(xiàng)目是把傳統(tǒng)的、普通的、經(jīng)典的、大家所熟知的物理原理結(jié)合到了微觀領(lǐng)域,以實(shí)現(xiàn)宏觀和微觀的穿插結(jié)合,綜合兩個(gè)領(lǐng)域的優(yōu)點(diǎn),又采用了介觀壓阻的檢測方式,使得三個(gè)不同領(lǐng)域交叉結(jié)合,全面而具體的、形象的把三個(gè)抽象的領(lǐng)域具體化、可見化的呈現(xiàn)在民眾面前。原理部分:微機(jī)械陀螺儀有驅(qū)動方向和檢測方向,本項(xiàng)目驅(qū)動采用了電磁驅(qū)動,具體就是當(dāng)一根通有電流的導(dǎo)線在磁場中時(shí),由安培力知,導(dǎo)線必然會在安培力的作用力下運(yùn)動,這就是我們驅(qū)動的原理,既簡單又可行。驅(qū)動反饋也是運(yùn)用經(jīng)典的物理現(xiàn)象,當(dāng)一根導(dǎo)線在磁場中運(yùn)動時(shí),導(dǎo)線中會產(chǎn)生電流,也就是陀螺儀在驅(qū)動力下運(yùn)動時(shí),我們在其上制作導(dǎo)線,使其在磁場中運(yùn)動,這時(shí)導(dǎo)線中就會產(chǎn)生電流,通過對此電流的分析可知驅(qū)動頻率的大小,可以精確的控制驅(qū)動,以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動力的穩(wěn)定。本項(xiàng)目的一大明顯優(yōu)勢和特點(diǎn),乃至創(chuàng)新點(diǎn)就是采用了介觀壓阻檢測,所謂的介觀壓阻檢測就是電子器件RTD當(dāng)我們利用其制作成多層納米膜結(jié)構(gòu)時(shí),其電子遷移率明顯提高,而且其負(fù)阻區(qū)的特性正是我們所要利用的特點(diǎn),我們所制作的多層納米膜共振遂穿RTD相比傳統(tǒng)的壓阻條式,其壓阻系數(shù)高至少一個(gè)數(shù)量級,為我們陀螺儀的壓阻檢測提供了更可靠的條件和機(jī)遇。因本設(shè)計(jì)的陀螺儀既不采用靜電驅(qū)動也不采用電容檢測而是采用電磁驅(qū)動和介觀壓阻檢測――類壓阻檢測,從而其驅(qū)動電路和檢測電路相比電容式要簡單的多,這樣最大的優(yōu)勢就是外界電路的影響降到最低點(diǎn),同時(shí)加工結(jié)構(gòu)也簡單,相比電容式本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的陀螺儀有以下優(yōu)點(diǎn); 1、電磁驅(qū)動大于靜電驅(qū)動,驅(qū)動力大 2、結(jié)構(gòu)簡單易加工 3、驅(qū)動電路和檢測電路簡單 4、檢測方向的靈敏度大 5、襯底材料的選擇性大,開拓了陀螺儀的應(yīng)用范圍除以上優(yōu)點(diǎn)之外,本陀螺儀有其自身的特點(diǎn): 1、介觀壓阻檢測,其壓阻系數(shù)高傳統(tǒng)壓阻至少一個(gè)數(shù)量級,溫度系數(shù)很小 2、采用砷化鎵襯底,砷化鎵材料的高頻特性和光電特性很有優(yōu)勢 3、采用回折梁結(jié)構(gòu)有效的實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動方向和檢測方向的解耦 4、質(zhì)量塊上的小阻尼孔大大的減小了檢測方向的阻尼,提高了檢測方向的品質(zhì)因子

作品圖片

  • 電磁驅(qū)動介觀壓阻檢測微機(jī)械陀螺儀
  • 電磁驅(qū)動介觀壓阻檢測微機(jī)械陀螺儀
  • 電磁驅(qū)動介觀壓阻檢測微機(jī)械陀螺儀
  • 電磁驅(qū)動介觀壓阻檢測微機(jī)械陀螺儀
  • 電磁驅(qū)動介觀壓阻檢測微機(jī)械陀螺儀

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計(jì)目的:設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單靈敏性高、精度好的可實(shí)際應(yīng)用的陀螺儀?;舅悸罚簜鹘y(tǒng)的微機(jī)械陀螺儀多是以靜電驅(qū)動電容檢測,其驅(qū)動力微弱檢測電路復(fù)雜而且不宜加工,使得微陀螺儀一直無法跳出實(shí)驗(yàn)室,一直處于實(shí)驗(yàn)階段,而本設(shè)計(jì)的電磁驅(qū)動介觀壓阻檢測陀螺儀驅(qū)動力大,結(jié)構(gòu)簡單易加工而且檢測靈敏度高,使我國的微機(jī)械陀螺儀現(xiàn)實(shí)化成為可能。創(chuàng)新點(diǎn):本設(shè)計(jì)采用了電子器件RTD做為檢測單元,其在負(fù)阻區(qū)的特性使得陀螺儀的檢測靈敏度高了至少一個(gè)數(shù)量級,電磁驅(qū)動方式也使得整個(gè)結(jié)構(gòu)簡單易加工。技術(shù)關(guān)鍵:利用MBE生長RTD 結(jié)構(gòu),利用傳統(tǒng)的MEMS加工方式加工結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)二者的工藝兼容。主要技術(shù)指標(biāo):RTD的I-V特性,陀螺儀的靈敏性、檢測方向的靈敏性

科學(xué)性、先進(jìn)性

先進(jìn)性和科學(xué)性:本作品微機(jī)械陀螺儀完美的詮釋了哥氏效應(yīng),其檢測單元利用高電子遷移率的電子器件RTD的負(fù)阻效應(yīng),完美的獨(dú)道的結(jié)合了電子器件和微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu),乃是國內(nèi)外的首次嘗試,在理論上有很明顯的進(jìn)步、技術(shù)上有明顯的可行性和實(shí)際研究應(yīng)用中有明顯的現(xiàn)實(shí)性,這只是其中一個(gè)優(yōu)勢,該陀螺儀采用了不同與傳統(tǒng)的大多采用的驅(qū)動方式,它利用了電磁驅(qū)動,很明顯驅(qū)動力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通的靜電驅(qū)動,驅(qū)動電路也因此簡化,而且其采用的是類壓阻方式檢測,因此其結(jié)構(gòu)簡單檢測電路簡單是必然的結(jié)果,種種這些使得其該陀螺儀優(yōu)勢明顯可靠,可謂步步領(lǐng)先。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

2011年第16屆固態(tài)傳感器、執(zhí)行器與微系統(tǒng)國際會(北京)

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

合作者生產(chǎn)或技術(shù)轉(zhuǎn)讓

作品可展示的形式

圖片、錄像、樣品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢:該陀螺儀采用了電子器件RTD來做為敏感檢測單元,利用其在負(fù)阻區(qū)時(shí)的特性來實(shí)現(xiàn)陀螺儀的高靈敏檢測(比傳統(tǒng)的壓阻檢測高至少一個(gè)數(shù)量級),而且本陀螺儀采用了電磁驅(qū)動,明顯的大驅(qū)動力和簡單的結(jié)構(gòu)加工特性使其在國內(nèi)外的陀螺儀研究中顯得特別超前和實(shí)用。適用范圍及推廣前景:本作品研究的方向標(biāo)就是為我國的國防軍事開一只鷹眼,為導(dǎo)彈精確制導(dǎo)多一次機(jī)會,實(shí)現(xiàn)我國慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的高精度、高靈敏性和高可靠性。就民用實(shí)際來說,最形象的、最具體可效仿的就是高靈敏性的陀螺儀可以實(shí)現(xiàn)ipone4的炫酷特性。就此它可應(yīng)用于軍、商、民和你和我。市場分析和經(jīng)濟(jì)效應(yīng):沒有陀螺儀就沒有ipone4的炫酷特性,就不會有持續(xù)不下的價(jià)格,ipone4的市場就是陀螺儀的市場的最好樣板,陀螺儀的應(yīng)用化必然也會使國民生活更加舒適,國民生活的舒適是經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的最好的體現(xiàn)。

同類課題研究水平概述

近年來國內(nèi)外對陀螺儀的研究一直處于緊羅密布的狀況。以下簡單的介紹一下國內(nèi)外的現(xiàn)狀:國外研究現(xiàn)狀: 2008年,赫爾辛基技術(shù)大學(xué)報(bào)到了一種體加工電容陀螺,該陀螺具有ASIC接口控制電路,實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果顯示,陀螺輸出的噪聲為0.042°/s/Hz1/2,信噪比(SNR)為-51.6dB。硅振環(huán)式陀螺具有全對稱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),抗沖擊能力強(qiáng),能夠抗過載20000g,其工作原理從早期的電磁驅(qū)動改進(jìn)為現(xiàn)在的靜電驅(qū)動,這樣的改進(jìn)很大程度的簡化了微機(jī)械敏感結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),這種方案的硅陀螺已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了10~20°/h的檢測精度,通過電路的改進(jìn)和振環(huán)直徑的增加,希望進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)1°/h以內(nèi)的檢測精度。國內(nèi)研究現(xiàn)狀:我國的MEMS技術(shù)研究工作起步于1989年。雖然起步較晚,但正積極開展研究,從1995年末開始,國防科工委便投入6000萬元以上的經(jīng)費(fèi)主要用于慣性器件的基礎(chǔ)性研究,并且硅微機(jī)械陀螺技術(shù)已納入863計(jì)劃中。經(jīng)過十多年的努力,我國在MEMS基礎(chǔ)理論、加工技術(shù)和工程應(yīng)用等方面的研究已取得了明顯的進(jìn)步。2006年,中科院微系統(tǒng)信息技術(shù)研究所傳感器國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制了一種基于空氣滑膜阻尼效應(yīng)的微機(jī)械陀螺,該陀螺在大氣環(huán)境下測試的靈敏度為9.8mV/°/s,非線性為0.43%。國際上針對MEMS微機(jī)械陀螺的研究已經(jīng)具有一定的成果,并且已有許多可商用化的微機(jī)械陀螺產(chǎn)品,而國內(nèi)的研究仍處于實(shí)驗(yàn)室階段,未見到可商用化微機(jī)械陀螺相關(guān)文獻(xiàn)或報(bào)道,因此仍需進(jìn)一步支持與研究。
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