第一篇 无驱动结构机械陀螺 4
第1章 无驱动结构机械陀螺的数学模型 4
1.1 飞行中飞行器的特征 4
1.2 无驱动结构机械陀螺敏感元件的运动方程式 8
1.3 飞行器以常值角速度旋转时陀螺的性能 13
1.4 无驱动结构机械陀螺系统方案的选择 15
1.5 已知等级仪器的调节质量 20
1.6 带有速度负反馈的无驱动结构机械陀螺的稳定性 26
1.7 无驱动结构机械陀螺的技术性能 39
第2章 带速度负反馈的无驱动结构机械陀螺的精度 41
2.1 绕横轴转动的常值角速度测量精度 41
2.2 无驱动结构机械陀螺的调节质量 55
第3章 在交变角速度条件下无驱动结构机械陀螺的性能 59
3.1 在角振动条件下无驱动结构机械陀螺的性能 59
3.2 在角振动条件下无驱动结构机械陀螺的输出信号 69
3.3 飞行器的谐波角速度测量精度 73
3.4 在圆周振动时无驱动结构机械陀螺的性能 91
第4章 无驱动结构机械陀螺的工具性和运行性误差 97
4.1 框架静不平衡引起的误差 97
4.2 角振动和圆周振动引起的误差 99
4.3 安装不精确产生的误差 101
4.4 环境温度变化产生的误差 102
第5章 无驱动结构机械陀螺实验研究 106
5.1 带速度负反馈的无驱动结构机械陀螺技术说明 107
5.2 无驱动结构机械陀螺的参数和反馈参数计算 108
5.3 高精度三轴转台 116
5.4 带温箱的双轴转台 118
5.5 频率特性拾取的特殊性 119
5.6 实验结果 121
5.6.1 工作能力的测量法和测量结果 122
5.6.2 零偏信号的测量方法和结果 123
5.6.3 阈值的测量方法和结果 123
5.6.4 输出特性的测量方法和结果 123
5.6.5 输出信号稳定性的测量方法和结果 128
5.6.6 频率特性采集的方法和结果 129
5.6.7 安装不精确影响测量方法和结果 131
5.6.8 带自身旋转倍频的角振动输出信号影响的测量方法和结果 133
第二篇 无驱动结构微机械陀螺 136
第6章 微机械加速度计和微机械陀螺 136
6.1 微机械加速度计 136
6.1.1 微机械加速度计的基本原理、工艺类型和应用 136
6.1.2 微机械加速度计的工作原理 138
6.1.3 用体微细加工工艺制造的微机械加速度计 139
6.1.4 用表面微细加工工艺制造的微机械加速度计 141
6.1.5 力反馈 144
6.1.6 谐振微机械加速度计 146
6.2 微机械陀螺 147
6.2.1 微机械陀螺的结构基础 147
6.2.2 微机械陀螺的基本原理 148
6.2.3 频率带宽 150
6.2.4 热机械噪声 152
6.2.5 微机械陀螺的类型 153
第7章 无驱动结构微机械陀螺的工作原理 158
7.1 结构原理 158
7.2 动力学模型 159
7.2.1 质量振动方程 159
7.2.2 角振动方程的解 162
7.3 动力学参数分析计算 163
7.3.1 弹性支撑梁扭转刚度 163
7.3.2 弹性接头参数计算 164
7.3.3 振动元件角振动阻尼系数 166
7.3.4 陀螺角振动固有频率、角振动幅度与被测角速度的关系 167
7.4 信号检测 168
7.4.1 输出电压与摆角的关系 168
7.4.2 信号处理电路 170
7.5 ANSYS仿真与模拟 174
7.5.1 模态分析 174
7.5.2 频响分析 174
第8章 无驱动结构微机械陀螺的误差 176
8.1 振动陀螺运动方程 176
8.2 振动陀螺的误差原理 183
8.3 无驱动结构微机械陀螺误差计算 187
8.4 无驱动结构微机械陀螺的误差 189
第9章 无驱动结构微机械陀螺相移 191
9.1 无驱动结构微机械陀螺相移的计算 191
9.2 无驱动结构微机械陀螺的相移 194
9.3 通过调整位置来补偿输出信号相移的可行性 195
9.4 无驱动结构微机械陀螺在角振动台上特性的计算 199
第10章 无驱动结构微机械陀螺的静态性能实验 202
10.1 无驱动结构微机械陀螺样机的性能 202
10.1.1 样机的温度性能 202
10.1.2 样机的性能 204
10.1.3 样机温度稳定性 205
10.2 CJS-DR-WB01型硅微机械陀螺性能 207
10.3 CJS-DR-WB02型硅微机械陀螺性能 208
10.4 CJS-DR-WB03型硅微机械陀螺的性能测试 209
第三篇 无驱动结构微机械陀螺的微机械加工技术 223
第11章 电子材料及其加工处理 223
11.1 电子材料的生成 223
11.1.1 热氧化形成的氧化物层 224
11.1.2 二氧化硅和氮化硅的沉积生长 225
11.1.3 多晶硅薄膜的沉积 227
11.2 图形转移 228
11.2.1 光刻工艺 228
11.2.2 掩模的制备 229
11.2.3 光致抗蚀剂 230
11.2.4 去胶工艺 232
11.3 电子材料的刻蚀 232
11.3.1 湿法刻蚀 232
11.3.2 干法刻蚀 233
11.4 掺杂半导体 235
11.4.1 扩散 238
11.4.2 离子注入 239
第12章 MEMS用材料及其制备 241
12.1 原子、原子间结合和晶体的概述 241
12.1.1 原子结构和周期表 241
12.1.2 原子键合 245
12.1.3 晶体 248
12.2 金属 251
12.2.1 金属的物理和化学性质 251
12.2.2 金属化 252
12.3 半导体 253
12.3.1 半导体的电学和化学性质 253
12.3.2 半导体的生长和沉积 255
12.4 陶瓷、聚合物和合成材料 257
第13章 标准微电子工艺 259
13.1 微细加工技术概述 259
13.2 硅晶圆片的制备 260
13.2.1 晶体生长 260
13.2.2 晶圆制备 262
13.2.3 外延沉积 262
13.3 单片电路工艺 265
13.3.1 双极工艺 267
13.3.2 BJT的特性 273
13.3.3 MOS工艺 280
13.3.4 FET的特性 283
13.3.5 SOI的CMOS工艺 286
13.4 单片电路的封装 287
13.4.1 管芯焊接和引线焊接 288
13.4.2 带式自动焊接 289
13.4.3 倒装式TAB封装 289
13.4.4 倒装芯片封装 289
13.5 印制电路板工艺 290
13.5.1 刚性印制电路板 290
13.5.2 挠性印制电路板 291
13.5.3 塑封模块 293
13.6 混合电路和MCM工艺技术 293
13.6.1 厚膜 293
13.6.2 多芯片模块 294
13.6.3 球形栅格阵列 297
13.7 可编程器件和ASIC 297
第14章 体微机械加工 301
14.1 各向同性和各向异性湿法刻蚀 302
14.2 自停刻蚀技术 306
14.2.1 掺杂选择性刻蚀 306
14.2.2 常规偏压控制BSE或电化学自停刻蚀技术 308
14.2.3 n型硅的脉冲电压阳极化选择性刻蚀 311
14.2.4 光电效应电化学刻蚀自停技术 311
14.3 干法刻蚀 313
14.4 埋层氧化物工艺 316
14.5 硅熔融键合 316
14.5.1 晶圆的熔融键合 316
14.5.2 退火处理 317
14.5.3 硅基材料的熔融键合 317
14.6 阳极键合 318
第15章 表面微机械加工 321
15.1 牺牲层技术 321
15.1.1 单一工艺 322
15.1.2 制作多结构层的牺牲层工艺 325
15.2 牺牲层工艺的材料组合 327
15.2.1 多晶硅和二氧化硅 327
15.2.2 聚酰亚胺和铝 328
15.2.3 氮化硅和多晶硅、钨和二氧化硅 328
15.3 等离子体刻蚀表面微机械加工技术 329
15.3.1 中心销轴承侧驱动微电机 329
15.3.2 间隙电梳驱动谐振执行器 330
15.4 IC工艺和湿法各向异性刻蚀技术的结合 331
15.5 组合应用体和表面微机械加工技术的工艺 333
15.5.1 微喷嘴 334
15.5.2 伸臂式微夹具 335
15.6 表面微机械加工技术的粘连问题 336
15.7 表面和体微机械加工技术间的比较 337
第16章 MEMS的微立体平版光刻技术 339
16.1 光致聚合作用与光刻技术 339
16.1.1 光致聚合作用 340
16.1.2 立体平版光刻系统 342
16.2 微立体平版光刻技术 343
16.3 扫描法 344
16.3.1 典型的MSL 344
16.3.2 IH工艺 345
16.3.3 批量IH工艺 347
16.3.4 超级IH工艺 347
16.4 双光子MSL 349
16.5 其他MSL方法 350
16.6 投影法 351
16.6.1 掩模投影MSL 351
16.6.2 动态掩模投影MSL 353
16.7 硅、金属、陶瓷构造的聚合体MEMS 354
16.7.1 陶瓷MSL 354
16.7.2 金属微结构 355
16.7.3 金属—聚合物微结构 358
16.7.4 定位电化学沉积 359
16.8 硅和聚合物组合的结构 361
16.8.1 光成形工艺的结构组合 361
16.8.2 MSL和厚膜平版印制术的集成 363
16.8.3 AMANDA工艺 363
16.9 应用例举 365
16.9.1 MSL制造的微执行器 365
16.9.2 微浓缩器 367
16.9.3 AMANDA工艺制作的微器械 368
第四篇 无驱动结构微机械陀螺的应用 372
第17章 信号处理 372
17.1 抑制旋转体滚动角速度变化对输出信号稳定性的影响 372
17.1.1 旋转体滚动角速度对输出信号的影响 372
17.1.2 抑制滚动角速度变化对输出信号影响的方法 373
17.1.3 抑制影响方法验证 374
17.2 基于相位差的微机械陀螺姿态解调方法 377
17.2.1 陀螺输出信号和基准信号之间相位差的研究 377
17.2.2 影响相位差的因素 383
17.2.3 相位差补偿方法 387
17.3 基于微机械陀螺的旋转体姿态解调 389
17.3.1 解调算法 389
17.3.2 仿真实验 396
第18章 飞行姿态控制系统 399
18.1 设计解算方法和编制软件 399
18.1.1 解算方法和软件 399
18.1.2 计算机设计软件 400
18.2 三轴同时运动时牵连运动（角振动）的影响 402
18.3 DSP数字输出陀螺 403
18.3.1 硬件电路设计 403
18.3.2 算法及软件实现 405
18.3.3 测试结果 405
18.4 旋转飞行载体单通道控制姿态敏感系统 408
18.5 旋转飞行载体直角坐标变换三通道姿态敏感系统 410
18.6 旋转飞行载体极坐标变换姿态敏感系统 412
18.6.1 获取相对于旋转飞行载体坐标系的横向角速度的方法 413
18.6.2 获取相对于准旋转飞行载体坐标系的滚动角速度的方法 415
18.6.3 获取相对于准旋转飞行载体坐标系的偏航和俯仰角速度的方法 416
18.7 在非旋转飞行载体中的应用 416
参考文献 418