硅微陀螺是微机械惯性仪表的一种,依据哥氏效应来测量载体角速度或角度。相较于传统的陀螺仪,硅微陀螺仪具有体积小、质量轻、功耗低、易于集成化、成本低、可靠性高、测量范围大等优点,因此在军事和民用领域都具有重要的应用价值。硅微机械陀螺以硅为结构材料,采用干法刻蚀或湿法腐蚀工艺加工制作而成。硅材料是一种热敏材料,它的物理和机械特性受温度影响较大,因此,环境温度是影响陀螺性能及其稳定性的重要因素。另一方面,随着微机械陀螺应用范围的拓展,部分领域要求其工作温度范围达到-55℃～85℃,这不但进一步恶化了陀螺性能,而且由于超出了工业级电子元器件的标称温度范围,从而对陀螺测控电路提出了更高的要求。本文针对此宽温度范围开展硅微陀螺温度特性的分析、测试与补偿研究,同时验证陀螺及其测控电路对该宽温范围的适应性。本文的主要工作和成果如下:一、介绍了硅微陀螺仪以及其温度特性的国内外研究现状,分析了硅微机械陀螺仪的基本工作原理及其动力学与运动学特性,阐述了课题组研制的双质量全解耦双线振动式硅微陀螺的结构形式以及主要特点,为温度特性的分析与补偿奠定了基础。二、分析了温度对硅微陀螺结构参数的影响机理,给出了硅微陀螺谐振频率、品质因数、稳定时间、电容检测灵敏度等参数与温度之间的关系,并进行了仿真,确定了陀螺受温度影响的主要性能参数及其定量特性。三、对实验室研制的硅微陀螺进行常温与全温范围相关参数和性能测试,通过大量温度实验获得了谐振频率,品质因数,零偏、标度等关键参数随温度的变化规律,对实验结果的拟合分析为温度补偿提供了依据。四、基于谐振频率与环境温度的良好线性关系,设计了以实时频率测量代替温度检测的硅微陀螺温度特性补偿方案,实现了对陀螺标度因数和零偏的温度补偿。在-55℃～+85℃宽温范围内全面测试了陀螺性能并进行了补偿试验,结果表明,在保持陀螺常温性能基本不变的条件下,其全温零偏稳定性、全温零偏温度系数、全温标度因数温度系数分别提高了 67%,70%,75%。同时,大量及反复试验证明所研制的陀螺及其测控电路在此宽温范围内工作稳定、可靠。