基于飞蛾触角的仿生MEMS导航传感器的设计与仿真.pdf

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1、第25卷第5期传感技术学报2012年5CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSMav2012DesignandSimulationofBionicMEMSNavigationSensorBasedonMoths’AntennaeTANGJun一，LIUYao，LIUJun'，GUOHao一，SHIYubo，一，ZHANGHe，WENHuanfei，ZHAORui，(1·KeyLaboratoryInstrumentationScience&DynamicMeasurement(NorthUniversityofChina)，MinistryofEducati

2、on，Taiyuan030051，China；2·ScienceandTechnologyonElectronicTest＆MeasurementLaboratory(NorthUniversityofChina)，MinistryofEducation，Taiyuan030051．China)Abstract：BasedOilbionicantennaenavigation．aMathematicalmodelofnavigationwasestablished．Thenavigati0nprincipleofitsmodelwasanalyzedwithMATLAB．Combined

3、withbionics，anoveIMEMSsensormeasuringthree—dimensionalangularratewasdesigned．AfabricationprocessmethodofthenovelMEMSsensorwasDresented．Thestructureofthesensormainlycomposedoffoldedbeamsandpermalloyrod．BvANSYSanalysis．thevibrationamplitudeofthepermalloyrodalongtheXandYaxiscanreach80txm，whenthedriv

4、evoltageis9V．Throughtheoreticalcalculations，theCoriolisforcegeneratedbyazimuthrateis0．908X10N／(。．s)，andCorieIlisforceproducedbytherollandpitchrateis0．18×10N／f。·S1．Keywords：bionicMEMS；3一Danglevelocitymeasurement；ANSYSanalysis：antennaeEEACC：7230M；7230Jdoi：1O．3969／j．issn．1004—1699．2012．05．001基于飞蛾触角的

5、仿生MEMS导航传感器的设计与仿真术唐军，刘尧，刘俊，郭浩，石云波，张贺，温涣飞，赵车}}1，2(1．中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051；2．中北大学电子测试技术重点实验室，太原030051)摘要：以飞蛾触角导航为仿生依据．通过建立其导航数学模型，利用MATLAB对该模型的导航原理进行仿真分析，结合仿生学，设计了一种新型MEMS三维角速度传感器模型，并对该传感器的加工工艺进行了设计，该传感器主要南折叠梁和坡莫合金棒组成，通过ANSYS分析，在9V驱动电压的作用下，合金棒沿、l，的振动幅度可达到80m，通过理论计算，由偏航角速度产生的哥氏力为0．908Xl0N／(

6、。·s)，由翻滚和俯仰角速度产生的哥氏力为0．18×10N／(。·s)。关键词：仿生MEMS：三维角速度传感器；有限元分析；飞蛾触角中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1004—1699(2012)05—0561—05自然界的生物经过几十亿年的进化，使他们形低的特点，在各个领域得到了广泛的应用。本文通成了许多原理简单、结构精巧、性能优异的组织与器过对飞蛾触角导航的原理分析．建立触角导航的数官。这些生物为人类进行科学创新提供了丰富的灵学模型．提出了基于飞蛾触角模型的MEMS导航传感和技术参考，利用仿生学，人类通过模仿生物组织感器结构模型．并进行了理论计算、工艺设计与仿真与器官而发

7、明的仪器、装置、创新技术等成果已经非分析。为研制三维角速度传感器提供一种新的思常可观l1-2]通过研究发现，飞蛾仅依靠头上的触路，为解决目前三维角速度检测的导航系统_5结角能完成三维空问的导航l3]，这样一种微小而又灵构复杂、体积和质量较大的缺点提供～种新的途径。巧的器官具有如此强大的导航功能。对研究和设计1飞蛾触角导航的理论模型与仿真分析具有三维导航的新型传感器具有很好的借鉴作用。在微米纳米技术]的快速发展下，导航设备开1．1触角