熔融石英感应振动环陀螺仪中通过焦耳热实现频率分裂调谐

《Journal of Microelectromechanical Systems》：Frequency Split Tuning by Joule Heating in Fused Silica Inductive Vibrating Ring Gyroscopes

MEMS环科里奥利陀螺仪因制造误差导致频率分裂，影响性能。本文提出基于熔融石英感应振动陀螺仪的焦耳热调谐方法，通过特殊设计的导线布局在谐振结构上形成温度梯度，使两简并模式产生差异频率偏移，实现频率分裂调谐。实验表明该方法可将初始1.47Hz分裂提升至58Hz/W的调谐能力。

　　

摘要：

由于制造误差，微机电系统（MEMS）环形陀螺仪的简并模式之间会发生频率分裂，这严重限制了其性能。本文提出了一种基于熔融石英电感振动环形陀螺仪中焦耳加热的频率分裂调节方法。当电流通过时，特殊设计的导线布局会在共振结构上产生温度梯度，从而导致两个简并模式产生不同的频率偏移，从而实现频率分裂调节。该方法成功地为一个初始频率分裂为1.47 Hz的陀螺仪实现了模式匹配，证明了其频率分裂调节能力为58 Hz/W。[2025-0075]

引言

环形MEMS陀螺仪具有对称的结构和简洁的设计，在性能、制造和应用方面具有显著的优势，因此成为广泛研究的对象。由于制造误差的影响，MEMS环形陀螺仪的简并模式之间通常会发生频率分裂，这严重降低了其机械灵敏度和偏置稳定性[1]、[2]、[3]。因此，最小化MEMS环形陀螺仪的频率分裂至关重要。