MEMS环形陀螺模态间刚度耦合频率调谐

作者：陈钢; 刘宇鹏; 崔让; 申冲; 曹慧亮^*

来源：仪器仪表学报, 2023, 44(09): 220-227.

DOI：10.19650/j.cnki.cjsi.J2311451

• MEMS环形陀螺
• 静电负刚度
• 刚度耦合
• 频率调谐
• 灵敏度

MEMS陀螺结构的驱动和检测模态谐振频率差(Δf)是决定其机械灵敏度的主要因素，当Δf≈0时，陀螺处于频率调谐状态，此时陀螺的机械灵敏度达到最大值。本文针对一种电容式全对称S形弹性梁硅基环形波动陀螺，对其使用调频电压进行频率调谐过程中发现，模态间存在一定的刚度耦合。本文分析其模态间刚度耦合产生的原因是结构误差(环形谐振子的结构误差主要体现在两个振动参数，一个是频率，另一个是阻尼),由于调频电压改变的主要参数是刚度系数，所以本文仅对频率误差进行建模分析。首先，介绍了环形陀螺结构，同时以此结构为基础分析了静电负刚度原理。其次，分析了其频率误差产生的原因，并建模推导出调频电压对两个工作模态产生的影响。最后，结合理论模型和实验结果比对，验证理论推导的正确性，并通过实验验证频率调谐状态下对环形陀螺的灵敏度提升了2.7倍。

• 单位
  中北大学; 湖北三江航天红峰控制有限公司