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應用於微微衛星之先進微型陀螺儀原型設計與製作計畫
(2002)
邱俊誠
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J. C. Chiou
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國立交通大學電機與控制工程研究所
本計畫以太空微微衛星轉速測定為研究方向，陀螺儀則是一般測量物體轉速常使用的慣性感測元件之一。由於衛星上所使用的各式元件對於元件的尺寸、重量、可靠度、消耗功率、太空嚴苛環境承受度和使用年限等，皆有其特殊的設計考量，工業用之陀螺儀並無法滿足衛星需求。因此，本計畫以微機電系統（Micro Electromechanical Systems，MEMS）技術設計製作一適用於衛星轉速測定之微陀螺儀，其主因即在於利用MEMS技術製作之元件具有體積小、重量輕、消耗功率低等優點。本計畫所設計製作之微陀螺儀元件將包含：微結構與微感測電路二部分。於微結構部分，計畫初期將分析現有各式微陀螺儀感測原理及其優缺點，選定一衛星適用之感測原理，並進行微機電製程可行性評估，其次根據微製程設計規範與衛星對於元件之設計需求，針對微結構之外型與尺寸進行初步設計，並且推導分析微陀螺儀之動態方程式，進而修正各項結構參數，以符合所需之動態特性。接著藉由微機電模擬軟體輔助，進一步分析結構之動態特性，與理論推導做一相互驗證，最後再進行微結構實際製作與特性量測，驗證製程可行性。於微感測電路部分，初期將依據選定之元件感測原理與微結構參數，以電路模擬軟體輔助設計所需之感測電路，並以現有之被動元件與OP等電子零件，以PCB板實現感測電路，驗證感測原理可行性，最後再以ASIC設計方式，製作一適用與此微陀螺儀之訊號處理與驅動電路IC。