基于蜜蜂平衡棒的仿生MEMS导航传感器的设计与仿真.pdf

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1、第25卷第10期传感技术学报Vo1．25No．10CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORS2012年l0月0ct．20l2DesignandSimulationofBionicMEMSNavigationSensorBasedonBeesHalterLIUYao一，TANGJun，，Jun一，CAOWeida，(1．KeyLaboratoryofInstrumentationScience＆DynamicMeasurement(NorthUniversityofChina)，MinistryofEducation)Taiyuan03

2、0051，China；2．ScienceandTechnologyonElectronicTest＆MeasurementLaboratory(NorthUniversityofChina)，Min~tryofEducation)Taiyuan030051，China)Abstract：Aimingattheshortcomingofcurrentangularvelocitysensorthatthedimensionofdetectionissingleandthevolumealwayslarge，weestablishedbionicmodelbased

3、onthebeeshalter．Thenavigationprincipleofitsmodelwasanalyzeddetailedly．CombinedwithMEMStechnology．aDOVelmicro—sensormeasuringthree—dimensiona1angularratewasdesigned．ThestructureoftheMEMSsensorwassimulatedandoptimizedbyANSYS．andtheappropriatesizeofthestructurewasobtained．Whenthedrivevo

4、ltageis±20V．thevibrationamplitudeofthemicrocolumncanreach7．04。．Throughtheoreticalcalculations．thecoriolisforceproducedbytherollandpitchrateiS2．467X10一N／(。·S一)，andcoriolisforcegeneratedbyazimuthrateiS7．58X10一N／(。·S一)．Keywords：bionicMEMS；3一Danglevelocitymeasurement；ANSYSanalysis；beesha

5、lterEEACC：7230M；7230Jdoi：10．3969／j．issn．1004—1699．2012．010．014基于蜜蜂平衡棒的仿生MEMS导航传感器的设计与仿真水刘尧，唐军，刘俊，曹卫达’(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：针对目前角速度传感器检测维数单一、体积大的缺点，以蜜蜂平衡棒为仿生模型，详细分析了平衡棒的导航原理，结合MEMS技术，设计了一种新型的三维角速度微传感器。利用ANSYS对传感器结构进行仿真、优化，得到了合适的结构尺寸，在±20V的驱动电压

6、下，传感器结构中的微柱体摆动幅度可达到7．o4。，通过进一步理论计算得到翻滚、俯仰角速度产生的哥氏力为2．467x10N／(S)，偏航角速度产生的哥氏力为7．58X10N／(。·S)。关键词：仿生MEMS；三维角速度传感器；有限元分析；蜜蜂平衡棒中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1004—1699(2012)10—1395—05仿生学作为一门涉及多学科的新兴学科，一直上实现了自动驾驶。2000年美国的W．C．Wu等人在为工程科学的创新提供源源不断的活力，通过仿设计了一种压电单晶片驱动的平衡棒¨J，并将其生学的研究解决了工程应用问题中的一些关键科学应用

7、在微型机器果蝇(MFI)上，实现了对MFI的导技术问题，例如：通过对萤火虫的发光机理研究，发航功能。明了日光灯；通过对电鱼放电的奥秘进行探究，发明随着科学技术的新发展，器件向着小尺寸、低功了最早的伏特电池；通过对长颈鹿的皮肤构造进行耗、可集成化的方向发展，MEMS7j(微机电系统)是探究，研制了飞行服一“抗荷服”，正是因为这些创以微米纳米技术为基础，对微型化的结构进行设计、新使得许多技术得到了快速发展。平衡棒是蜜蜂身加工，是21世纪的新兴科学，推动现有机械结构朝体的一个微小器官，他具有敏感三维角速度的作用，着小尺寸、低功耗、批量化、低成本的方向发展。本对蜜蜂起着

8、姿态控制的作用，很早以前