基于双向热膨胀流的MEMS陀螺敏感机理分析  

Analysis of Sensitivity Mechanism of MEMS Gyro Sensitivity Based on Bidirectional Thermal Expansion Flow

作　　者：马炫霖 朴林华[1] 佟嘉程 刘珺宇 MA Xuanlin;PIAO Linhua;TONG Jiacheng;LIU Junyu(Beijing Key Laboratory for Sensor,Beijing Information Science&Technology University,Beijing 100101,China)

机构地区：[1]北京信息科技大学北京市传感器重点实验室,北京100101

出　　处：《压电与声光》2024年第1期83-88,共6页Piezoelectrics & Acoustooptics

基　　金：国家自然科学基金资助项目(61771060);北京市教育委员会科研计划基金资助项目(23JD0003);北京市新世纪百千万人才工程培养基金资助项目(2019A20);北京市重点实验室开放课题资助项目(2023202109);北京信息科技大学促进高校分类发展项目(20230416);现代测控技术教育部重点实验室资助项目(2023202101);北京信息科技大学北京市传感器重点实验室资助项目(2023202108);北京信息科技大学学科与研究生教育校内基金资助项目(20230403)。

摘　　要：提出一种新型的基于双向热膨胀流的微机电系统(MEMS)陀螺的基本结构并揭示了其敏感机理,采用有限元方法及利用COMSOL建立三维模型,对双向热膨胀流陀螺敏感元件的温度场进行了计算。结果表明,基于双向热膨胀流的陀螺具有陀螺效应,当输入功率为70 mW,输入角速度为-25~25 rad/s时,陀螺的温度灵敏度为1.577 K·(rad/s)^(-1),灵敏度为0.064 V·(rad/s)^(-1),非线性度为6.855%。该陀螺具有灵敏度高,抑制交叉耦合小和结构简单等特点,可用于电子设备、航天和医学仪器等领域。The basic structure of a novel MEMS gyro based on bidirectional thermal expansion flow is proposed and its sensitive mechanism is revealed.The finite element method and CMOSOL are used to establish a three-dimensional model,and the temperature field of the bidirectional thermal expansion flow gyro sensitive element is calculated.The calculation results show that the bidirectional thermal expansion flow gyroscope exhibits gyroscopic effect,and the temperature sensitivity of the gyroscope is 1.577 K·(rad/s)^(-1),the sensitivity is 0.064 V·(rad/s)^(-1),and the nonlinearity is 6.855%when the input power is 70 mW and the input angular velocity ranges from-25-25 rad/s.The gyro is characterized by high sensitivity,low suppression cross-coupling and simple structure,and can be used in the fields of electronic equipment,aerospace and medical instruments etc.

关 键 词：热膨胀流陀螺 敏感机理 有限元分析 温度场 陀螺效应 

分 类 号：TP202[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置] TN379[自动化与计算机技术—控制科学与工程]