硅微三轴轮环式陀螺结构设计与仿真分析

蔡 麒，赵 勇，刘 立，曹慧亮，石云波，赵 锐

(1.中北大学电子测试技术国防科技重点实验室，太原030051;2.中国兵器工业计算机应用技术研究所，北京100089;3.锦州七七七微电子有限责任公司，锦州121001)

0 引言

将传感器集成在传统火炮弹药引信上可实现弹药的智能化,根据传感器敏感的物理量不同,智能弹药能达到不同的军事目的。三轴(X、Y、Z)陀螺可以为弹药提供三维姿态,这是惯性制导的必要条件[1-4]。因此,开发可用于智能弹药的陀螺是智能弹药实现惯性制导的重中之重。

当前,用于同时测量三个轴向角速率信息的陀螺主要有采用三个正交放置的单轴陀螺集成的陀螺和单片单结构的三轴陀螺。但是,具有正交放置的集成三轴陀螺[5-6]具有集成度低、装配误差大和系统体积大的缺点；单片单结构的三轴陀螺[7-12]结构复杂,加工困难,模态间耦合严重。因此,这两种类型的陀螺均不适用于弹药的三维姿态检测。

本文提出了一种新型硅微三轴轮环陀螺,它采用单芯片多结构陀螺阵列方法将两个陀螺结构集成在一个芯片上。该陀螺结构简单,易于加工,解耦简单,体积小且易于防护。它可以有效地为弹药提供三维姿态,实现弹药的智能化。本文建立了该陀螺结构的有限元模型,并进行了振动特性分析和瞬态冲击响应分析,证明了该陀螺具有良好的振动特性和抗冲击性。

1 硅微三轴轮环式陀螺结构设计

考虑到弹丸的大小和弹丸在发射过程中的高过载环境,本文设计的陀螺结构应具有体积小、抗冲击性能好的特点。……