微惯性测量单元的减振结构设计与仿真分析.pdf

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1、2012年第31卷第ll期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)77＼、设计与制造微惯性测量单元的减振结构设计与仿真分析李承斌，尤政，张高飞，赵嘉昊(清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室。北京100084)摘要：基于谐振式MEMS陀螺的微惯性测量单元(MIMU)，在工作时其性能会受到来自内部与外部振动干扰的影响。在分析了影响MIMU性能的振动来源和传统减振方式的不足的基础上，提出一种基于阻尼合金的新型减振方案和相应的MIMU结构设计，并设计了仿真实验分析其力学性能和阻尼衰减特性。结

2、果表明：采用该阻尼合金的方案，MIMU减振结构的各项力学指标均符合要求，并且具有良好的减振抗干扰特性。关键词：微惯性测量单元；阻尼合金；减振；结构设计中图分类号：TP391．9文献标识码：A文章编号：1000--9787(2012)11-0077-04DesignandsimulationanalysisonvibrationattenuationstructureofMIMULICheng—bin，YOUZheng，ZHANGGao-fei，ZHAOJia—hao(KeyLaboratoryofPrecisionMeasurementTechnolog

3、yandInstruments，DepartmentofPrecisionInstrumentsandMechanology，TsinghuaUniversity，BeUing100084，China)Abstract：Theperformanceofamicroinertialmeasurementunit(MIMU)basedonresonantgyroscopeisinfluencedbyexternalandintemalvibrationinterference．Onthebasisofanalyzingvibrationsourcesandd

4、isadvantagesoftraditionalvibrationattenuationmethods，anewdampingsolutionbasedondampingalloyanddesignofMIMUstructureisproposed．Simulationexperimentsaredesignedtoanalyzethemechanicalpropertiesanddampingattenuationcharacteristics．ResultsshowthatthesolutionbasedOildampingalloycanmeet

5、requirementsofthesystem，andithasgoodvibrationattenuationandanti—interferenceability．Keywords：microinertialmeasurementunit(MIMU)；dampingalloy；vibrationattenuation；structuredesignt0引言随着微电子技术、集成电路技术和加工工艺的发展，采十用微机电系统(MEMS)技术的微惯性测量单元(microiner—十tialmeasurementunit，MIMU)由于体积小、质量轻、成本低、图

6、1基于谐振式陀螺的MIMU的振动干扰示意图抗冲击能力强、产品可靠性高等特点已在航天、航空和航海Fig1DiagramofvibrationinterferenceofMIMU等领域得到越来越多的应用。MIMU中的重要敏感器件为basedonresonantgyroscopes速率陀螺和加速度计，在振动干扰存在的情况下，MIMU器图1中实线箭头表征外界环境传递至谐振式MEMS件的各项性能指标会有不同程度的下降⋯。因此，减振设陀螺的振动。MIMU装载的平台(飞行器、车辆等)在运动计是MIMU设计中必须考虑的环节。过程中经历的振动会通过MIMU与平台的紧固点传

7、递至1MIMU的减振需求与传统减振方式MIMU结构，继而通过结构传递至陀螺。这种振动和冲击基于谐振式MEMS陀螺的MIMU由3只微硅机械谐振不仅会造成陀螺输出误差的积累、使振动过程中系统解算式陀螺、3只微加速度计、敏感器件的外围电路、连接电缆、的姿态角误差增大，影响解算精度；严重时甚至会导致接插件及为所有元件提供安装基准的结构组成。对此类型谐振式陀螺的失效，造成MIMU无法解算速度、位置。图1的MIMU而言，振动干扰导致的陀螺性能下降是系统误差的中虚线箭头表征谐振式MEMS陀螺的相互干扰，陀螺在工主要来源之一⋯。而振动的来源如图1所示，可分为两类。作状态

8、下，内部质量块以较高频率做谐振运动。高频振动收稿日期：2012-05—1078传