压电型微固体模态陀螺的相位差检测.pdf

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1、第23卷第7期传感技术学报Vo1．23N0．7CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORS2010年7月July2010DetectionofPhaseDiferenceforPiez0electricSolid．StateMicromachinedModalGyroscopeHEChenghu，Xiaosheng，CHENWenyuan，ZHANGWeiping／NationalKeyLabforMicro／NanometerFabrication，KeyLabforThinFilmsandMicroFabricationofMinist

2、ryofEducation'、、R~eamhtmeofMicro／NanoScienceandTechnology，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240，China／Abstract：Piezoelectricsolid-statemicromachinedmodalgyroscopeisakindofnovelsolid·-stategyroscopemadeofpiezoelectricmaterialswithhighresistanttoimpactandvibration．Researchershavefoun

3、dtheexistenceofaspe—cial—ordervibratorymodeinthepiezoelectricmassastheoriginalvibrationinducingCoriolisforces．Theangularve—locityinsensitivedirectioncanbeconvertedtoelectricalsignals．Therearesomeelectrodesongyroscopewiththeoutputofpiezoelectricvoltagesandthephasedifferencebetweentheses

4、ignalscanbedetected．Themodelstatuesofthisgyroscopecanalsobeanalyzed．TheTL714high—speedcomparatorcanconvertthesinusoidalsignaltothesquarewavesignal，andtheTMS320F2812chipcancollectandprocessdata．Inthisway，thephasedifferencebe—tweentwosignalsin100kHz～600kHzcanbedetected．Theavailabilityoft

5、hismethodhasbeenprovedbythere·suitsofexperiment．Keywords：microgyroscope；phasedifference；comparator；piezoelectric；modalEEACC：7630；2575压电型微固体模态陀螺的相位差检测水何程鹄，吴校生，陈文元，张卫平(上海交通大学微纳科学技术研究院，微米／纳米加工技术国家级重点实验室，薄膜与微细技术教育部重点实验室，上海2o0240)摘要：压电型微固体模态陀螺是一种利用压电材料制作的新型固态微陀螺，具有高抗冲击、抗震动能力。陀螺主要部分为一压电质量块，研

6、究发现其存在某阶特殊的振动模态作为原振动，通过感应哥氏力将敏感方向上输入的角速度转化为电信号。陀螺上设置有多个电极，各电极在工作状态下输出压电电压信号，通过检测电路测量信号间的相位差分析陀螺状态。TLT14高速比较器将正弦信号转换为方波信号，通过TMS320F2812芯片采集数据进行处理，实现了对两路频率范围100kHz一600kHz信号的相位差检测。实验结果验证了该检测方法的有效性。关键词：微陀螺；相位差；比较器；压电；模态中图分类号：TM935文献标识码：A文章编号：1004—1699(2010)07-0978-06微型陀螺具有重量轻、体积小等特点，应用在各良J

7、。2006年，日本学者Maenaka等人首次提出了种便携式设备和小型装置当中，是当前陀螺领域的热一种利用压电材料质量块的特殊振动模态进行角速点之一。随着MEMS技术的不断发展，已经出现了多度测量的陀螺[4]，这就是压电型微固体模态陀螺。和种微型陀螺的设计方案，例如通过选择合适的材料并过去的陀螺相比这种陀螺具有良好的抗冲击和抗震设计特定结构进行工作的振动型陀螺¨。还有许多动能力，能应用在需要高可靠性测量的领域。当前，学者针对微型陀螺进行了相关信号处理方面的研究，对压电材料特殊振动模态的研究仍在进行J，为了进例如设计了新型的检测电路加强了对陀螺输出信号一步研究陀螺的