前言
本書介紹了研制一種全新的硅微機械陀螺的過程。該陀螺具有設(shè)計新穎、結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、成本低等優(yōu)點，適用于敏感旋轉(zhuǎn)載體的偏航或俯仰角速率。例如，用于各種口徑、旋轉(zhuǎn)速率在10～25Hz范圍的火箭彈姿態(tài)控制和高速旋轉(zhuǎn)炮彈的姿態(tài)控制。
（1）從理論上較全面深入地研究了該硅微機械陀螺的動力學行為，論證了該陀螺的敏感元件結(jié)構(gòu)和封裝結(jié)構(gòu)、微機械加工和封裝工藝流程，以及電容電壓變換和信號放大電路，并進行了敏感元件和電路的制作，后完成了包含測試電路的硅微機械陀螺整體制作和測試。
（2）應用陀螺力學理論推導給出了該硅微機械陀螺的數(shù)學模型，為旋轉(zhuǎn)體用硅機械陀螺的研制提供了理論依據(jù)。用彈性力學理論分析求解了硅振動元件彈性梁的扭轉(zhuǎn)剛度，用流體動力學理論求解了硅振動元件振動的阻尼系數(shù)。結(jié)合陀螺敏感元件結(jié)構(gòu)，推導給出了電橋輸出電壓與擺角的關(guān)系，進而求得陀螺的靈敏度。
（3）對硅振動元件所受的靜電力矩進行了計算，得到和彈性力矩相比靜電力很小的結(jié)果。對陀螺溫度性能進行了計算，得到溫度變化引起該陀螺性能變化主要取決于信號處理電路的溫度性能的結(jié)論。
（4）在硅腐蝕工藝中，選用腐蝕溫度為104℃的KOH溶液進行硅腐蝕，收到了快速腐蝕的良好效果。針對該陀螺敏感元件結(jié)構(gòu)，在加工硅振動元件的工藝中，把整個加工過程分為兩個階段來進行(即４in（10．16 cm）硅片的腐蝕和硅振動元件分離單元的腐蝕)，從而簡化了工藝難度。
（5）設(shè)計和分析了信號提取電路，得到在10～25Hz頻率范圍內(nèi)放大倍數(shù)等于47，相位差在5．5～8范圍內(nèi)的信號處理電路。
（6）對研制得到的陀螺樣機進行了常溫性能測試，在旋轉(zhuǎn)載體的旋轉(zhuǎn)速率為12Hz時，該陀螺的零位漂移在20 min內(nèi)為0．04/s，測量范圍為275/s，比例系數(shù)為28．16mV/［（）· s-1］，非線性度為2．4%FS。
王宏偉
2021年9月25日