熔融石英半球谐振子亚表面缺陷的湿法刻蚀工艺

为了提高半球谐振子的品质因数,提出采用湿法刻蚀的方法去除半球谐振子亚表面的微缺陷。通过研究熔融石英材料的湿法刻蚀机理,在专用半球谐振子湿法刻蚀设备上能够稳定实现半球谐振子亚微米刻蚀精度,半球谐振子经过湿法刻蚀后表面粗糙度优于100nm,半球谐振子Q值能够提高至2000万以上,半球谐振子频差变化小于0.03Hz。

不平衡质量引起的半球谐振陀螺锚固损失理论分析

半球谐振陀螺(HRG)是一种高精度的陀螺仪。其核心部件为做四波腹振动的半球谐振子,由于半球谐振子不可避免地会产生加工误差,因此会导致谐振子在做四波腹振动时产生较大的锚固损失。为了对锚固损失进行定量计算,首先从谐振子的不平衡质量出发,计算谐振子在做四波腹振动时的不平衡力。然后根据欧拉-伯努利梁假设计算支撑杆的横向振动与轴向振动,并基于半无限体假设计算谐振子的锚固损失,推导出基于弹性力学假设的半球谐振陀螺锚固损失理论计算公式。最后通过数值仿真验证了一至三阶不平衡质量导致的Q值衰减周期分别为π、π/2、π/3。该结论可以用于指导半球谐振陀螺锚固损失的修调。

长寿命半球谐振陀螺真空保持技术

半球谐振陀螺是一种高精度长寿命的陀螺仪,具有小型化和轻量化的特点,最长具备连续工作15年的能力。随着半球陀螺的长时间工作,受材料放气和焊缝漏率的影响,真空度的下降对陀螺谐振子的精度影响逐渐增大,又因陀螺轻量化的要求,需要精确计算寿命期间的出气总量,以严格控制吸气剂的用量。该文分析了陀螺在工作过程中的出气类型,从材料放气、焊缝漏率、氢气渗透3个维度建立数学模型,得出工作过程中的出气总量,并建立陀螺流体模型,给出吸气剂的用量和初始工作条件。研究结果表明,对于吸气量大于4.12 Pa·L的半球陀螺,选用St172型吸气剂450 mg,可以满足长寿命工作的要求。本研究为半球谐振陀螺的长寿命真空保持提供理论。

半球谐振子不平衡力的推导及与驻波关系研究

半球谐振陀螺作为一种高精度的陀螺仪,具有良好的学术研究价值及重要的应用价值,是国内外研究的热点。半球谐振子是半球谐振陀螺的核心部件,是一种工作中做四波腹振动的半球壳结构。由于在实际加工过程中存在误差,因此实际的谐振子无法达到理想的轴对称结构,这将导致谐振子在做四波腹振动时产生其他振动,从而对陀螺的精度产生影响。其主要原因是谐振子做四波腹振动时,非轴对称结构将产生非对称的惯性力。为此,该文对谐振子的不平衡力进行了理论推导,给出了半球谐振陀螺不平衡力的理论公式,并通过数值计算给出不平衡力与驻波方位间定量的关系,为分析不平衡质量对陀螺精度的影响提供参考。

高精度小型陀螺仪关键器件加工技术研究进展

主要介绍超流体陀螺仪、原子陀螺仪和微半球陀螺仪3种陀螺仪关键器件的结构特点、质量技术指标和制备技术要求,阐述高精度微小型陀螺仪核心器件的制备技术研究进展;详细综述普遍采用的MEMS加工技术及微纳加工技术等制造工艺;对比分析各关键器件的制备工艺,重点阐述各相关工艺存在的优势和局限性;分析微谐振器各制备工艺中模具加工技术的工艺特点及其对微谐振器制备质量的影响;探讨各关键器件的制备方法研究进展以及存在的问题与挑战,以期为后续微纳制造技术与陀螺仪技术的结合提供参考,并进一步推动相关制备技术的实际工程应用.

高精度石英半球裸振子微应力制造

半球谐振子是半球谐振陀螺的核心元件,其质量直接决定了陀螺的性能及精度。由高纯石英材料制成的半球谐振子已得到了业界的广泛认可,但其加工难度较高。半球裸振子是半球谐振子的未完全加工态,其加工表面残余应力的大小决定了谐振Q值、频差Δf等参数,进而影响着谐振性能。就石英半球裸振子的微应力制造技术方法和技术特点进行了分析和讨论,探讨了采用飞秒激光加工设备实现石英半球裸振子微应力制造的可行性。飞秒激光加工具有速度快、热变形小、非接触、微应力等优势。将其用于半球谐振子加工,能够明显改善加工效率,降低成本,改善表面应力状态。采用飞秒激光加工为高精度石英半球裸振子的加工提供了全新的实现途径。