微環型陀螺儀之分析與設計

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：30

、訪客IP：3.145.91.152

姓名

羅國騏(Guo-Ci Luo) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

微環型陀螺儀之分析與設計
(Analysis and Design of Micro Ring-type Gyroscopes)

相關論文

★ 四弦型非對稱光學讀取頭致動器模態共振分析與抑制	★ 網路連接儲存裝置熱分析與設計
★ 小型垂直軸風力發電機之有限元素分析	★ 平板受聲源作用之振動與輻射聲場分析
★ 壓電吸振器應用於平板的振動與噪音控制	★ 主動式吸振器應用於薄板減振與減噪
★ 離散振動系統之分析軟體製作	★ 有洞薄方板之動態分析與激振後之聲場
★ 撓性結構之主動振動控制	★ 速度與位移回饋式壓電吸振器之減振研究
★ 以LabVIEW為介面之模態測試軟體製作	★ 電壓回饋壓電吸振器對平板之振動控制
★ 可調式消音閥的分析與最佳設計	★ 旋轉樑的動態分析與壓電吸振器之減振設計
★ 自感式壓電吸振器之設計與應用於矩形板之減振	★ 多孔薄方板之振動與聲場分析

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

[檢視]

[下載]

本電子論文使用權限為同意立即開放。
已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。

摘要(中)

本論文之主要目標為微環型陀螺儀分析，並建立一研究流程以此設計新型的微環型陀螺儀，目的在於藉由感測位移訊號以求得到轉速，並利用轉速與位移的靈敏度進行陀螺儀設計改良。本文首先以有限元素軟體ANSYS對不同外型的微環型振動壓電陀螺儀進行自由振動、位移及感測訊號分析。藉由改變常用的原始設計微環型陀螺儀之幾何參數與外型得到各種不同的陀螺儀，並進行陀螺儀驅動方向頻率與感測方向頻率模擬以找到二者差值較小的外型。接著預估不同驅動力大小的情況下是否造成吸附現象，並藉此判斷驅動電壓大小的選擇；最後對陀螺儀進行感測訊號分析，得到各轉速下的位移由轉速與位移的關係，並進行設計變更以改善轉速與位移的靈敏度，由數值結果得到改良型陀螺儀之設計，即原始陀螺儀之圓環寬度變窄且於內部加入支撐圓環設計，其感測位移較大即訊號較強、轉速與位移的靈敏度較好且驅動方向頻率與原始設計相近故驅動能量亦相近，此為本研究之較佳化設計。

摘要(英)

This thesis presents the analysis of a micro ring-type gyroscope. Firstly, the natural frequencies of the gyroscope are calculated by using a finite element software ANSYS. Then, the transient response of the gyroscope is obtained for the amplitude of displacement in the sensing direction. The harmonic force must apply with the corresponding natural frequency in the driving direction in order to achieve the maximum sensing signal. Then, the design and the geometry of the original gyroscope are modified to give a gyroscope with improving characteristics.

關鍵字(中)

★ 微環型陀螺儀

關鍵字(英)

★ Gyroscopes

論文目次

目錄
目錄 I
圖索引 IV
表索引 VII
符號說明 IX
第一章緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 1
1-3 論文架構 5
第二章基本理論 6
2-1 壓電材料簡介 6
2-2 壓電振動陀螺儀分類 7
2-3 微環型陀螺儀原理 9
2-4 ANSYS模擬架構 12
第三章微環型陀螺儀之自由振動分析 14
3-1 建立模型 14
3-2 ANSYS基本分析 14
3-2-1自然頻率與模態 15
3-2-2轉速設為預應力之影響 16
3-3 寬度改變對模態之影響 17
3-4 新型陀螺儀之設計與分析 18
3-5 討論 19
第四章微環型陀螺儀之驅動力與位移 21
4-1 ANSYS基本條件設定 21
4-2 數值結果 22
4-3 討論 24
第五章微環型陀螺儀之感測訊號分析 25
5-1 ANSYS設定 25
5-2 數值結果 26
5-2-1 外力直接驅動模式 26
5-2-2 電壓驅動壓電元件模式 27
5-3 其他的設計變更 30
5-3-1 改變驅動電壓 30
5-3-2 改良B型陀螺儀 30
5-4 討論 .31
第六章結論與未來展望 33
6-1 結論 33
6-2 未來展望 35
參考文獻 36
附錄一施加轉速並開啟科氏效應 40
附錄二設定模擬時間步階 41
附錄三模擬壓電元件並以電壓驅動 42

參考文獻

吳朗，1994，電子陶瓷-壓電，全新科技出版社，台北市.
伍秀菁，汪若文，林美吟，2009，微機電系統技術與應用，財團法人國家實驗研究儀器科技研究中心，新竹市.
李輝煌，2005，ANSYS工程分析基礎與觀念，高立圖書有限公司，台北縣.
李錦明，2006，電容式微機械陀螺儀設計，國防工業出版社，北京.
周唐詮，2002，“微小環型諧振式陀螺儀之結構製造”，國立交通大學機械工程學系碩士論文，新竹市.
姚志民，2000，電腦輔助微機電系統設計與分析，科學發展月刊第二十九卷第三期.
徐玉紋，1995，振動式微加工陀螺儀簡介，機械月刊第二十一卷第十一期.
翁瑞鴻，2005，“環形振動式陀螺儀與加速規混成式微感測器之研究”，國立交通大學機械工程學系博士論文，新竹市.
黃吉松，2005，“壓電式圓柱型振動陀螺儀之設計與分析”，私立中原大學機械工程學系碩士論文，桃園縣.
楊文彰，2005，“微型矽晶圓環陀螺儀的振動分析”，國立台灣大學機械工程學系碩士論文，台北市.
廖文基，2008，“田口法分析TFBGA掉落衝擊之最佳化設計”，國立成功大學工程科學系碩士論文，台南市.
黎立民，2002，“微機電製程模組與機電耦合分析之研究”，國立成功大學機械工程學系碩士論文，台南市.
蔡旻彣，2004，“多環諧振式微型陀螺儀之設計與模擬”，國立清華大學機械工程學系碩士論文，新竹市.
蔡南全，蘇中源，劉俊昇，2007，“三軸微型陀螺儀驅動與感測控制電路之設計與模擬”，中國機械工程學會第二十四屆全國學術研討會論文集，桃園縣.
Burdess J. S., Wood D., Harris A. J., Cooper G. and Cruickshank J., 1993, “Vibrating Gyroscopes”, Measurement Using Resonant Sensing, IEE Colloquium on, pp.5/1-5/3
Burdess J. S., Harris A. J., Cruickshank J., Wood D. and Cooper G., 1994, “A review of vibratory gyroscopes”, Engineering Science and Education Journal, Vol.3, pp.249-254.
Greiff P., Antkowiak B., Campbell J., and Petrovich A., 1996, “Vibrating Wheel Micromechanical Gyro”, IEEE PLANS, Position Location and Navigation Symposium, pp.31-37.
Ghommem M., Nayfeh A. H., Choura S., Najar F., Abdel-Rahman E. M., 2010, “Modeling and performance study of a beam microgyroscope”, Journal of Sound and Vibration, 329, pp. 4970-4979.
Jeong C., Seok S., Lee B., Kim H. and Chun K., 2004, “A study on resonant frequency and Q factor tunings for MEMS vibratory gyroscopes”, Journal of Micromechanics and Microengineering.,Vol.14, pp.1530-1536
Langmaid C., 1996, “Vibrating structure gyroscope”, Sensor Review, Vol.16, No.1, pp.14-17.
Maenake K., Fujita T., Konishi Y., Maeda M., 1996, “Analysis of a highly sensitive silicon gyroscope with cantilever beam as vibrating mass”, Sensor and Actuators, A54, pp.568-573.
Maenake K., Ioku S., Sawai N., et al., 2005,“Design, fabrication and operation of MEMS gimbal gyroscope”, Sensor and Actuators, A121, pp.6-15.
Putty M.W. and Najafi K., 1994, “A micromachined vibrating ring gyroscope”, Solid-State Sensor and Actuator Workshop, pp.213-220.
Paoletti F., Gretillat M.-A. and de Rooij N.F., 1996, A Silicon Micromachined Vibrating Gyroscope with Piezoresistive Detection and Electromagnetic Excitation”, IEEE, pp.162-167
Soderkvist J., 1994, “Micromachined gyroscope”, Sensor and Actuator, A43, pp.65-71.
Tao Y., Wu X., Xiao D., et al., 2011, “Design, analysis and experiment of a novel ring vibratory gyroscope”, Sensors and Actuators, A168, pp.286-299.
Trusov A. A., Schofield A. R., and Shkel A. M., 2011, “Micromachined rate gyroscope architecture with ultra-high quality factor and
improved mode ordering”, Sensors and Actuators, A165, pp.26-34
Voss R., Bauer K., Ficker W., Gleissner T., et al., 1997,“Silicon Angular Rate Sensor for Automotive Applications with Piezoelectric Drive and Piezoresistive Read-out”, Solid-State Sensors and Actuators,Vol.2, pp. 879-882.
Weng J. H., Chieng W. H., Lai J. M., 2005, “Structural design and analysis of micromachined ring-type vibrating sensor of both yaw rate and linear acceleration”, Sensor and Actuators, A117, pp.230-240.
Xie H., Fedder G. K., 2003, “Integrated Microelectromechanical Gyroscopes”, Journal of Aerospace Engineering, Vol.16, pp.65-75
Yang J. S., Fang H. Y., 2003, “A new ceramic tube piezoelectric gyroscope”, Sensor and Actuator, A107, pp.42-49.
Yoon S. W., Lee S., Najafi K., 2011, “Vibrating sensitivity analysis of MEMS vibratory ring gyroscopes”, Sensors and Actuators, A171, pp.163-177.

指導教授

黃以玫(Yi-Mei Huang)

審核日期

2012-8-6

推文