微型（100）矽晶圓環陀螺儀之振動分析與最佳化設計

The analysis and optimal design of (100) silicon vibrating ring gyroscope

沈家豪(Chia-Hao Shen)

指導教授 ： 張家歐

國立臺灣大學/工學院/應用力學研究所/碩士(2006年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2006.01221

摘要

研究摘要
由於（100）矽晶圓具有非等向性的材料性質，會造成圓環in-plane中 與 兩個模態的頻率偏移，因此本文主要探討設計一變動寬度的新式圓環結構，來將兩個模態的頻率調整成一致，一方面確保引入角速度後能將 模態激發起來，以做為腳速度感測指標。本文首先將Timoshenko beam theory應用在圓環的推導中，探討其影響並與Euler beam theory比較，接著正式探討新式的圓環，利用Hamilton’s principle推討運動方程式，求得最佳設計變數，而後加入兩型電壓的驅動與單軸角速度的效應，利用多重尺度法真正求解出兩模態振幅的解析解，並且推導與討論Phase lock的效應。最後使用有限元素分析軟體配合上最佳化方法求得圓環最佳參數值，並與理論比較之。

關鍵字

陀螺儀 ； 振動分析 ； 頻率偏移

並列摘要

無資料

並列關鍵字

gyroscope ； vibration analysis ； frequency split

參考文獻

[21] 許書豪, 2005, 三維諧振式環型微陀螺儀之結構設計與理論分析, 國立台灣大學應用力學研究所碩士論文.

[22] 楊文彰, 2006, 微型矽晶圓環陀螺儀的振動分析, 國立台灣大學應用力學研究所碩士論文.

[1] Eley, R., Fox, C. H. J. and McWillian, S. 1999.“Anisotropy Effects on the Vibration of Circular Ring Made from Crystalline Silicon”, J. Sound Vib.228(1), pp.11-35.

[3] Cazzani, A. and Rovati, M. 2003.“Extrema of Young’s Modulus for Cubic and Transversely Isotropic Solids”, International Journal of Solids and Structures. 40, pp.1713-1744.

[5] Harris, A. J., Burdess, J. S., Wood, D., Langford, R., Walliams, G., Ward, M. C. L. and McNie, M. E. 1998.“Issues Associated with the Design, Fabrication and Testing of a crystalline Silicon Ring Gyroscope with Electromagnetic Actuation and Sensing”, J. Micromech. Microeng. 8, pp.284-291.