微型半球陀螺仪的误差源研究

讨论了微型半球陀螺仪特有的一些误差源,主要有感测电路上的量测误差、电极与薄壳间电容的非线性效应误差、温度变化所引发的热漂移、线加速度所引发的误差以及非对称结构和非对称阻尼误差等。对上述误差源的认识是微结构制造和电路设计的基础。

微型半球陀螺非轴对称结构的电刚度补偿方法研究

微型半球谐振陀螺仪可以感测角速度和转角。但由于实际结构的非轴对称性,导致感测上产生误差。提出了一种电刚度补偿方法,即调节67.5,°90,°112.5,°135°不同位置的4个平衡电极的电压来调节谐振体刚度,从而达到结构轴对称;并通过有限元分析方法和灵敏度法求得4个平衡电极的电压值。

微型半球陀螺平面电极装配方法设计

微型半球陀螺采用静电激励和电容检测技术实现陀螺的振型控制及信号读取,电容间隙的装配工艺是陀螺的关键工艺之一。该文对采用平面电极的微型半球陀螺装配工艺进行了探索,并根据谐振子的结构尺寸计算了装配误差的控制范围,设计了一种采用精密垫片实现微小间隙的装配方法,该方法通过垫片的厚度控制电容间隙。对采用此方法装配的陀螺电容间隙进行测量,并测试了封装后的陀螺性能,结果表明,电容间隙可控制在(12±3)μm。在力平衡模式下,陀螺样机的零偏稳定性达7.3(°)/h,量程为±300(°)/s,验证了装配方法的可行性。

微半球陀螺交直流混合电压切换驱动方法研究

微半球谐振陀螺的标度因数受阻尼不均匀程度和幅值控制精度影响,保证陀螺结构高度对称性的同时,驱动模态幅值控制精度也尤为重要。针对常见一倍频、1/2倍频电压驱动方式存在同频驱动噪声干扰和补偿相位延时导致微半球谐振陀螺驱动模态幅值控制精度较低,标度因数稳定性不足等问题,由于起振后陀螺等效驱动形式变化,基于微谐振子电压驱动原理构建了稳幅阶段微谐振子动态振动模型,提出了一种用于稳幅阶段的同相位二倍频电压驱动方式,设计了一种用于陀螺模态控制的交直流混合电压切换驱动方法,避免了相位补偿和同频驱动引起的幅值波动干扰。最后经力平衡模式仿真试验对比验证,混合电压切换驱动方法下驱动模态幅值控制精度提升5.882%,陀螺仪标度因数稳定性提高6.625%。

高结构对称性微半球陀螺设计与制造

针对陀螺高精度小型化需求,该文设计了一种微半球陀螺结构,建立微半球陀螺三维有限元模型,研究了微半球谐振子结构对称性对陀螺性能的影响规律。提出了谐振子圆度及1~4阶质量不对称误差的评价方法,实现了谐振子制造工艺优化,优化后的谐振子圆度误差≤2μm,在此基础上研制了微半球陀螺样机。结果表明,封装后陀螺样机的周向品质因数(Q)值分布为(9.024~9.183)×10^(5),均匀性为±0.87%;速率模式下,陀螺量程为±20(°)/s时,陀螺零偏不稳定性为0.0138(°)/h,角度随机游走为0.0068(°)/√h,展现了高结构对称性微半球陀螺的性能潜力。

微型半球谐振陀螺仪谐振体振动特性研究

半球壳谐振体是微型半球谐振陀螺的敏感部件。应用有限元方法对半球谐振体进行振动特性分析,得出一种计算其质量和刚度矩阵的方法,并通过M athem atica软件计算出各阶固有频率;同时,应用ANSYS软件,分析谐振体的各阶振型和固有频率与半球壳半径、厚度及固定角之间的关系。在理论分析的基础之上,提出了对于半球壳谐振体的结构设计的合理建议。

微型固体波动陀螺技术发展研究

微型固体波动陀螺具有超高精度的潜质,可作为不依赖卫星的导航系统的传感器。首先简述了固体波动陀螺的技术方案;然后较为详细介绍了微型半球谐振陀螺的发展现状和制备工艺;着重讨论了微型半球谐振陀螺的主要误差源;最后分析了存在的问题,提出了解决途径。