摘要:本文针对传统 MEMS 振动陀螺在经历高过载过程无法存活且冲击前后参数变化大的问题,开展了抗高过载 MEMS 固 体波动环形微机械陀螺设计、加工和测试方面的研究工作。 首先,提出了全对称梁的陀螺结构形式,该结构能够有效的减小冲 击过程在结构中造成的应力残留,配合止挡机构以及灌封技术能够提升陀螺在冲击过程中的存活能力,并在此基础上推导了陀 螺的动力学方程和敏感轴冲击振荡运动函数,指出了敏感轴冲击模态的固有频率越高、品质因数越小则越有利于提高陀螺在敏 感轴上的抗冲击特性。 其次,利用有限元分析软件对陀螺结构进行了模态分析和冲击特性仿真,结果显示在 15 000 g@ 10 ms 的冲击作用下,陀螺的最大位移和应力分别为 9. 46 μm 和 99. 6 MPa,保证了陀螺结构具有较好的抗冲击裕度。 再次,利用较为 成熟的玻璃-硅键合和深硅刻蚀工艺实现了陀螺结构的加工,结合陶瓷封装实现了陀螺结构的真空封装,并基于驱动闭环和检 测开环回路搭建了陀螺的测试系统。 最后,在实验室环境下利用冲击台实现了对陀螺样机的冲击测试,冲击过程(脉宽 0. 6 ms)出现了多个 5 000 g 以上的峰值,最大峰值为 16 050 g,陀螺响应时间约为 1 s,冲击前后陀螺零位变化小于 1% ,验证了 本文研制样机的抗过载能力。