半球谐振陀螺四次谐波质量调平方法

半球谐振陀螺关键指标频率裂解值直接影响陀螺性能,需要通过调平降低半球谐振子环向质量分布四次谐波分量,从而获得极小的频率裂解值。针对上述需求,分析半球谐振子环向质量不均匀分布情况,指出四次谐波质量是频率裂解产生的主因,建立半球谐振子频率裂解值与四次谐波质量的关系,分析频率裂解值对陀螺性能的影响。仿真研究半球谐振子质量去除位置与频率裂解的关系,给出调平方法。针对裸半球谐振子设计化学调平方法并完成实验,实现频率裂解值由2380.7mHz降低至7.2mHz;设计离子束调平方法并完成实验,实现频率裂解值由89.9mHz降低至1.4mHz;针对镀膜后装配的半球谐振子,设计离子束调平方法,实现频率裂解值由9.96mHz降低至0.15mHz,优于导航级半球谐振陀螺要求的0.5mHz。

基于叉指电极激励和衰减信号拟合的半球谐振子性能测试方法

半球谐振子是半球谐振陀螺的核心敏感元件,其频率裂解值和时间常数等性能参数直接决定陀螺精度,所以在陀螺研制过程中需要对其性能参数进行准确测试。针对性能参数测试问题,设计优化了基于叉指电极的半球谐振子非接触激励方法;研究基于衰减信号拟合的性能参数辨识方法并进行建模仿真,分析各类误差对测试精度的影响;搭建实验装置进行了测试,频率裂解值、时间常数和刚度轴角位置的测试重复性分别为0.92 mHz、0.537 s和0.327°。结果表明,该方法测试重复性较好,能较准确测得石英半球谐振子的性能参数,可为半球谐振陀螺研制提供测试基础支持。

变壁厚半球谐振子设计及参数优化

相比采用球面电极的半球谐振陀螺,采用平板电极的半球谐振陀螺可有效降低零部件制造和陀螺装配难度,但该陀螺仅利用半球谐振子唇沿进行振型激励和检测。针对传统等壁厚半球谐振子唇沿面积小,影响采用平板电极的半球陀螺振型激励效率和检测信噪比的问题。设计了一种变壁厚半球谐振子,通过有限元分析仿真研究了变壁厚半球谐振子球壳表面半径、表面球心距离、内圆角和锚柱半径等关键参数对各阶振型及相应频率的影响,给出了一组变壁厚半球谐振子优化参数。通过对比优化后谐振子的工作频率的实测结果与仿真结果,验证了所提出的仿真模型的有效性及可靠性。结果表明,所提出的变壁厚半球谐振子在保证工作振型谐振频率基本不变且相邻振型频差较大的情况下,通过增大唇沿面积有效增加了激励电容和检测电容面积,为提高陀螺振型激励效率和检测信噪比奠定基础。最后对3个变壁厚谐振子工作振型的谐振频率进行实验测试,测试与仿真结果非常接近,证明所提出的有限元仿真和分析较为准确。