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第一篇 无驱动结构机械陀螺4

第1章 无驱动结构机械陀螺的数学模型4

1.1 飞行中飞行器的特征4

1.2 无驱动结构机械陀螺敏感元件的运动方程式8

1.3 飞行器以常值角速度旋转时陀螺的性能13

1.4 无驱动结构机械陀螺系统方案的选择15

1.5 已知等级仪器的调节质量20

1.6 带有速度负反馈的无驱动结构机械陀螺的稳定性26

1.7 无驱动结构机械陀螺的技术性能39

第2章 带速度负反馈的无驱动结构机械陀螺的精度41

2.1 绕横轴转动的常值角速度测量精度41

2.2 无驱动结构机械陀螺的调节质量55

第3章 在交变角速度条件下无驱动结构机械陀螺的性能59

3.1 在角振动条件下无驱动结构机械陀螺的性能59

3.2 在角振动条件下无驱动结构机械陀螺的输出信号69

3.3 飞行器的谐波角速度测量精度73

3.4 在圆周振动时无驱动结构机械陀螺的性能91

第4章 无驱动结构机械陀螺的工具性和运行性误差97

4.1 框架静不平衡引起的误差97

4.2 角振动和圆周振动引起的误差99

4.3 安装不精确产生的误差101

4.4 环境温度变化产生的误差102

第5章 无驱动结构机械陀螺实验研究106

5.1 带速度负反馈的无驱动结构机械陀螺技术说明107

5.2 无驱动结构机械陀螺的参数和反馈参数计算108

5.3 高精度三轴转台116

5.4 带温箱的双轴转台118

5.5 频率特性拾取的特殊性119

5.6 实验结果121

5.6.1 工作能力的测量法和测量结果122

5.6.2 零偏信号的测量方法和结果123

5.6.3 阈值的测量方法和结果123

5.6.4 输出特性的测量方法和结果123

5.6.5 输出信号稳定性的测量方法和结果128

5.6.6 频率特性采集的方法和结果129

5.6.7 安装不精确影响测量方法和结果131

5.6.8 带自身旋转倍频的角振动输出信号影响的测量方法和结果133

第二篇 无驱动结构微机械陀螺136

第6章 微机械加速度计和微机械陀螺136

6.1 微机械加速度计136

6.1.1 微机械加速度计的基本原理、工艺类型和应用136

6.1.2 微机械加速度计的工作原理138

6.1.3 用体微细加工工艺制造的微机械加速度计139

6.1.4 用表面微细加工工艺制造的微机械加速度计141

6.1.5 力反馈144

6.1.6 谐振微机械加速度计146

6.2 微机械陀螺147

6.2.1 微机械陀螺的结构基础147

6.2.2 微机械陀螺的基本原理148

6.2.3 频率带宽150

6.2.4 热机械噪声152

6.2.5 微机械陀螺的类型153

第7章 无驱动结构微机械陀螺的工作原理158

7.1 结构原理158

7.2 动力学模型159

7.2.1 质量振动方程159

7.2.2 角振动方程的解162

7.3 动力学参数分析计算163

7.3.1 弹性支撑梁扭转刚度163

7.3.2 弹性接头参数计算164

7.3.3 振动元件角振动阻尼系数166

7.3.4 陀螺角振动固有频率、角振动幅度与被测角速度的关系167

7.4 信号检测168

7.4.1 输出电压与摆角的关系168

7.4.2 信号处理电路170

7.5 ANSYS仿真与模拟174

7.5.1 模态分析174

7.5.2 频响分析174

第8章 无驱动结构微机械陀螺的误差176

8.1 振动陀螺运动方程176

8.2 振动陀螺的误差原理183

8.3 无驱动结构微机械陀螺误差计算187

8.4 无驱动结构微机械陀螺的误差189

第9章 无驱动结构微机械陀螺相移191

9.1 无驱动结构微机械陀螺相移的计算191

9.2 无驱动结构微机械陀螺的相移194

9.3 通过调整位置来补偿输出信号相移的可行性195

9.4 无驱动结构微机械陀螺在角振动台上特性的计算199

第10章 无驱动结构微机械陀螺的静态性能实验202

10.1 无驱动结构微机械陀螺样机的性能202

10.1.1 样机的温度性能202

10.1.2 样机的性能204

10.1.3 样机温度稳定性205

10.2 CJS-DR-WB01型硅微机械陀螺性能207

10.3 CJS-DR-WB02型硅微机械陀螺性能208

10.4 CJS-DR-WB03型硅微机械陀螺的性能测试209

第三篇 无驱动结构微机械陀螺的微机械加工技术223

第11章 电子材料及其加工处理223

11.1 电子材料的生成223

11.1.1 热氧化形成的氧化物层224

11.1.2 二氧化硅和氮化硅的沉积生长225

11.1.3 多晶硅薄膜的沉积227

11.2 图形转移228

11.2.1 光刻工艺228

11.2.2 掩模的制备229

11.2.3 光致抗蚀剂230

11.2.4 去胶工艺232

11.3 电子材料的刻蚀232

11.3.1 湿法刻蚀232

11.3.2 干法刻蚀233

11.4 掺杂半导体235

11.4.1 扩散238

11.4.2 离子注入239

第12章 MEMS用材料及其制备241

12.1 原子、原子间结合和晶体的概述241

12.1.1 原子结构和周期表241

12.1.2 原子键合245

12.1.3 晶体248

12.2 金属251

12.2.1 金属的物理和化学性质251

12.2.2 金属化252

12.3 半导体253

12.3.1 半导体的电学和化学性质253

12.3.2 半导体的生长和沉积255

12.4 陶瓷、聚合物和合成材料257

第13章 标准微电子工艺259

13.1 微细加工技术概述259

13.2 硅晶圆片的制备260

13.2.1 晶体生长260

13.2.2 晶圆制备262

13.2.3 外延沉积262

13.3 单片电路工艺265

13.3.1 双极工艺267

13.3.2 BJT的特性273

13.3.3 MOS工艺280

13.3.4 FET的特性283

13.3.5 SOI的CMOS工艺286

13.4 单片电路的封装287

13.4.1 管芯焊接和引线焊接288

13.4.2 带式自动焊接289

13.4.3 倒装式TAB封装289

13.4.4 倒装芯片封装289

13.5 印制电路板工艺290

13.5.1 刚性印制电路板290

13.5.2 挠性印制电路板291

13.5.3 塑封模块293

13.6 混合电路和MCM工艺技术293

13.6.1 厚膜293

13.6.2 多芯片模块294

13.6.3 球形栅格阵列297

13.7 可编程器件和ASIC297

第14章 体微机械加工301

14.1 各向同性和各向异性湿法刻蚀302

14.2 自停刻蚀技术306

14.2.1 掺杂选择性刻蚀306

14.2.2 常规偏压控制BSE或电化学自停刻蚀技术308

14.2.3 n型硅的脉冲电压阳极化选择性刻蚀311

14.2.4 光电效应电化学刻蚀自停技术311

14.3 干法刻蚀313

14.4 埋层氧化物工艺316

14.5 硅熔融键合316

14.5.1 晶圆的熔融键合316

14.5.2 退火处理317

14.5.3 硅基材料的熔融键合317

14.6 阳极键合318

第15章 表面微机械加工321

15.1 牺牲层技术321

15.1.1 单一工艺322

15.1.2 制作多结构层的牺牲层工艺325

15.2 牺牲层工艺的材料组合327

15.2.1 多晶硅和二氧化硅327

15.2.2 聚酰亚胺和铝328

15.2.3 氮化硅和多晶硅、钨和二氧化硅328

15.3 等离子体刻蚀表面微机械加工技术329

15.3.1 中心销轴承侧驱动微电机329

15.3.2 间隙电梳驱动谐振执行器330

15.4 IC工艺和湿法各向异性刻蚀技术的结合331

15.5 组合应用体和表面微机械加工技术的工艺333

15.5.1 微喷嘴334

15.5.2 伸臂式微夹具335

15.6 表面微机械加工技术的粘连问题336

15.7 表面和体微机械加工技术间的比较337

第16章 MEMS的微立体平版光刻技术339

16.1 光致聚合作用与光刻技术339

16.1.1 光致聚合作用340

16.1.2 立体平版光刻系统342

16.2 微立体平版光刻技术343

16.3 扫描法344

16.3.1 典型的MSL344

16.3.2 IH工艺345

16.3.3 批量IH工艺347

16.3.4 超级IH工艺347

16.4 双光子MSL349

16.5 其他MSL方法350

16.6 投影法351

16.6.1 掩模投影MSL351

16.6.2 动态掩模投影MSL353

16.7 硅、金属、陶瓷构造的聚合体MEMS354

16.7.1 陶瓷MSL354

16.7.2 金属微结构355

16.7.3 金属—聚合物微结构358

16.7.4 定位电化学沉积359

16.8 硅和聚合物组合的结构361

16.8.1 光成形工艺的结构组合361

16.8.2 MSL和厚膜平版印制术的集成363

16.8.3 AMANDA工艺363

16.9 应用例举365

16.9.1 MSL制造的微执行器365

16.9.2 微浓缩器367

16.9.3 AMANDA工艺制作的微器械368

第四篇 无驱动结构微机械陀螺的应用372

第17章 信号处理372

17.1 抑制旋转体滚动角速度变化对输出信号稳定性的影响372

17.1.1 旋转体滚动角速度对输出信号的影响372

17.1.2 抑制滚动角速度变化对输出信号影响的方法373

17.1.3 抑制影响方法验证374

17.2 基于相位差的微机械陀螺姿态解调方法377

17.2.1 陀螺输出信号和基准信号之间相位差的研究377

17.2.2 影响相位差的因素383

17.2.3 相位差补偿方法387

17.3 基于微机械陀螺的旋转体姿态解调389

17.3.1 解调算法389

17.3.2 仿真实验396

第18章 飞行姿态控制系统399

18.1 设计解算方法和编制软件399

18.1.1 解算方法和软件399

18.1.2 计算机设计软件400

18.2 三轴同时运动时牵连运动（角振动）的影响402

18.3 DSP数字输出陀螺403

18.3.1 硬件电路设计403

18.3.2 算法及软件实现405

18.3.3 测试结果405

18.4 旋转飞行载体单通道控制姿态敏感系统408

18.5 旋转飞行载体直角坐标变换三通道姿态敏感系统410

18.6 旋转飞行载体极坐标变换姿态敏感系统412

18.6.1 获取相对于旋转飞行载体坐标系的横向角速度的方法413

18.6.2 获取相对于准旋转飞行载体坐标系的滚动角速度的方法415

18.6.3 获取相对于准旋转飞行载体坐标系的偏航和俯仰角速度的方法416

18.7 在非旋转飞行载体中的应用416

参考文献418