CN103047978A - 一种钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法 - Google Patents
一种钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103047978A CN103047978A CN2012105462544A CN201210546254A CN103047978A CN 103047978 A CN103047978 A CN 103047978A CN 2012105462544 A CN2012105462544 A CN 2012105462544A CN 201210546254 A CN201210546254 A CN 201210546254A CN 103047978 A CN103047978 A CN 103047978A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bell
- frequency
- cracking
- shaped vibrator
- oscillator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005336 cracking Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 title abstract 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 claims description 15
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 3
- 230000002950 deficient Effects 0.000 claims description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 12
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001235 sensitizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
本发明公开了了一种钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法，该方法包括：（1）测量已加工钟形振子的实际振型；（2）测量已加工钟形振子的实际频率裂解值；（3）建立有限元模型，仿真钟形振子频率裂解；（4）进行仿真实验，确定切槽方位与切槽深度。本方法有效抑制了钟形振子的频率裂解，提高了钟形振子的整体性能，大大缩短了钟形振子的设计周期，从而缩短了整个钟形振子式角速率陀螺开发的时间，为钟形振子式角速率陀螺的合理设计提供了依据。
Description
技术领域
本发明属于角速率陀螺技术领域，具体涉及一种钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法。
背景技术
陀螺作为敏感载体角运动的惯性器件，是惯性导航、制导的核心部件。基于哥氏力原理的振动陀螺具有所有的惯性品质，其在惯性技术领域的地位越来越重要，已被人们当作新一代的惯性仪表而受到广泛的关注。在科学技术发展和市场需求的推动下，各种振动陀螺相继出现。
专利号为：ZL201010215745.1，发明名称为“钟形振子式角速率陀螺”的专利申请提供了一种钟形振子式角速率陀螺，该钟形振子式角速率陀螺是一种基于哥氏力原理的振动陀螺。目前，设计出来的钟形振子由于材料密度、杨氏模量、加工精度等原因，存在频率裂解。而频率裂解的值将直接影响到钟形振子的性能，该值如果过大会导致钟形振子不具有陀螺效应。故急需一种钟形振子频率裂解的抑制方法，能够减小频率裂解，从而降低研发成本，缩短研制周期，提高钟形振子式角速率陀螺整体性能。
发明内容
本发明的目的是为了减小钟形振子的频率裂解，提出一种钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法，该方法为实际钟形振子的加工与制作提供有效依据，缩短了钟形振子的设计周期，从而缩短了整个钟形振子式角速率陀螺的开发时间，同时还大大提高了钟形振子式角速率陀螺的整体性能。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法，包括以下步骤：
步骤1，测量已加工钟形振子的实际振型；
步骤2，测量已加工钟形振子的实际频率裂解值；
步骤3，建立有限元模型，仿真钟形振子频率裂解；
步骤4，进行仿真实验，确定切槽方位与切槽深度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1） 本发明提供的钟形振子式角速率陀螺控振子频率裂解抑制方法，利用测量与仿真相结合的方式，有效的减小了钟形振子的频率裂解；
（2） 本发明提供的钟形振子式角速率陀螺振子振子频率裂解抑制方法提高了验证分析能力和准确性，为钟形振子的合理设计提供了依据；
（3） 本发明提供的钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法，通过对钟形振子的振动分析，得出钟形振子具体修改方案，从而缩短了研制周期；
（4） 本发明提供的钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法可以得到指导设计的有效分析数据，方便设计人员总结出抑制频率裂解的经验，从而归纳形成设计的规范和标准。
附图说明
图1为钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法流程图；
图2为钟形振子振型曲线图；
图3为钟形振子激励模态下扫频曲线；
图4为钟形振子检测模态下扫频曲线；
图5为钟形振子有限元模型；
图6为钟形振子切槽效果图；
图7为钟形振子切槽后激励模态下有限元仿真图；
图8为钟形振子切槽后检测模态下有限元仿真图。
具体实施方式
钟形振子式角速率陀螺的原理是利用发生谐振的钟形振子旋转时引起的振型角度的进动，来确定陀螺基座绕惯性空间旋转的角度。根据钟形振子式角速率陀螺的运行原理与振动理论可知，钟形振子的正常工作，需要维持振动幅值与频率的稳定，同时需要对钟形振子工作产生的误差进行有效抑制。为使钟形振子能产生环向波数n=2的理想振型，必须准确地控制钟形振子的激振频率、振动振型，并在有角速率输入情况下维持振子的正常工作，提供控制力矩，解算输入角速率。因此我们就要对钟形振子的控制回路进行合理设计，使得到的钟形振子能产生理想振型，从而敏感输入角速率。
本发明提供的钟形振子式角速率控制回路仿真方法的流程如图1所示，具体如下：
步骤1，测量已加工钟形振子的实际振型；
利用激光测振仪测试钟形振子的振型，其振型振动曲线如图2所示。图中红色四波腹图形为驱动模态，蓝色四波腹为敏感模态，两者相差45°。可以看出，驱动模态振型由于频率裂解的影响相对激励电极1（6-2）偏转了约15°。
步骤2，测量已加工钟形振子的实际频率裂解值；
通过对谐振子扫频得到谐振子的频率裂解值，其测量的两组曲线如图3和图4所示。可见，驱动模态频率是6197.10Hz，敏感模态频率是6212.33Hz 频率裂解为15.Hz。
步骤3，建立有限元模型，仿真钟形振子频率裂解；
建立钟形振子的有限元模型，仿真钟形振子频率裂解，通过向振子内壁添加额外质量块（5-1），来模拟有缺陷的钟形振子的频率裂解情况，如图5所示。其中，驱动模态频率是6197.10Hz，敏感模态频率是6212.33Hz 频率裂解为15.53Hz。
步骤4，进行仿真实验，确定切槽方位与切槽深度。
在步骤3的有限元模型基础上，加入开槽状态的有限元模型，如图6所示，并进行仿真。综合激光测振仪、扫频仪的测试结果和仿真结果，通过实验方法，仿真激励模态和检测模态的固有频率，如图7和图8所示。最终确定在钟形振子（6-1）内壁上相对激励电极1（6-2）的边缘处，沿顺时针在33.75°（6-3），50.25°（6-4）123.75°（6-5），156.53°（6-6），213.75°（6-7），230.25°（6-8）,303.75°（6-9），335.85°（6-10）方向上各切宽度为1mm，深度为0.4mm的槽，结果如下：驱动模态频率是6208.68Hz，敏感模态频率是6209.24Hz频率裂解0.56Hz。
本发明的目的是为了减小钟形振子的频率裂解，提出一种钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法，该方法为实际钟形振子的加工与制作提供有效依据，缩短了钟形振子的设计周期，从而缩短了整个钟形振子式角速率陀螺的开发时间，同时还大大提高了钟形振子式角速率陀螺的整体性能，除此之外还可得到指导设计的有效分析数据，方便设计人员总结出抑制频率裂解的经验，从而归纳形成设计的规范和标准。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法，该方法包括：
（1）测量已加工钟形振子的实际振型；
（2）测量已加工钟形振子的实际频率裂解值；
（3）建立有限元模型，仿真钟形振子频率裂解；
（4）进行仿真实验，确定切槽方位与切槽深度。
2.根据权利要求1所述的钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法，其特征在于：在步骤（1）中，利用激光测振仪测试钟形振子的振型，计算出驱动模态振型因频率裂解影响相对于激励电极偏转的角度。
3.根据权利要求1所述的钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法，其特征在于：在步骤（2）中，通过对谐振子扫频得到谐振子的频率裂解值，并获得驱动模态频率和敏感模态频率。
4.根据权利要求1所述的钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法，其特征在于：在步骤（3）中，建立钟形振子的有限元模型，仿真钟形振子频率裂解，通过向振子内壁添加额外质量块来模拟有缺陷的钟形振子的频率裂解情况。
5.根据权利要求1所述的钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法，其特征在于：在步骤（4）中，综合激光测振仪、扫频仪的测试结果及仿真结果，仿真激励模态和检测模态的固有频率，确定在钟形振子内壁上相对激励电极的边缘处沿顺时针在33.75°，50.25°，123.75°，156.53°，213.75°，230.25°，303.75°，335.85°方向上各切宽度为1mm，深度为0.4mm的槽。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012105462544A CN103047978B (zh) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | 一种钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012105462544A CN103047978B (zh) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | 一种钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103047978A true CN103047978A (zh) | 2013-04-17 |
| CN103047978B CN103047978B (zh) | 2013-11-13 |
Family
ID=48060710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2012105462544A Expired - Fee Related CN103047978B (zh) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | 一种钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103047978B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104501793A (zh) * | 2014-12-01 | 2015-04-08 | 北京信息科技大学 | 一种高动态角速率陀螺正交误差控制方法 |
| CN108613686A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-10-02 | 中南大学 | 一种振动陀螺自动化修调方法 |
| CN109084741A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-12-25 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种圆柱壳体振动陀螺谐振子频率裂解方法及系统 |
| CN109870154A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-06-11 | 中国民航大学 | 一种提高环型振动陀螺仪检测精度的方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4793195A (en) * | 1986-10-20 | 1988-12-27 | Northrop Corporation | Vibrating cylinder gyroscope and method |
| US20030200804A1 (en) * | 2002-04-25 | 2003-10-30 | Johnson Burgess R. | MEMS gyroscope with parametric gain |
| CN101968360A (zh) * | 2010-07-05 | 2011-02-09 | 北京信息科技大学 | 一种钟形振子式角速率陀螺的电路系统 |
| CN101968359A (zh) * | 2010-07-02 | 2011-02-09 | 北京理工大学 | 钟形振子式角速率陀螺 |
| CN102254058A (zh) * | 2011-05-09 | 2011-11-23 | 北京信息科技大学 | 钟形振子式角速率陀螺振子结构设计方法 |
| WO2012067534A1 (ru) * | 2010-11-19 | 2012-05-24 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инналабс" | Осесиметричный кориолисовый вибрационный гироскоп (варианты) |
| CN102497166A (zh) * | 2011-11-14 | 2012-06-13 | 北京理工大学 | 一种钟形振子的激励电路 |
-
2012
- 2012-12-17 CN CN2012105462544A patent/CN103047978B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4793195A (en) * | 1986-10-20 | 1988-12-27 | Northrop Corporation | Vibrating cylinder gyroscope and method |
| US20030200804A1 (en) * | 2002-04-25 | 2003-10-30 | Johnson Burgess R. | MEMS gyroscope with parametric gain |
| CN101968359A (zh) * | 2010-07-02 | 2011-02-09 | 北京理工大学 | 钟形振子式角速率陀螺 |
| CN101968360A (zh) * | 2010-07-05 | 2011-02-09 | 北京信息科技大学 | 一种钟形振子式角速率陀螺的电路系统 |
| WO2012067534A1 (ru) * | 2010-11-19 | 2012-05-24 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инналабс" | Осесиметричный кориолисовый вибрационный гироскоп (варианты) |
| CN102254058A (zh) * | 2011-05-09 | 2011-11-23 | 北京信息科技大学 | 钟形振子式角速率陀螺振子结构设计方法 |
| CN102497166A (zh) * | 2011-11-14 | 2012-06-13 | 北京理工大学 | 一种钟形振子的激励电路 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 赵洪波: "半球谐振陀螺仪的参数计算及误差测试方法的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 * |
| 高启: "半球谐振陀螺的动特性分析与抗冲击研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104501793A (zh) * | 2014-12-01 | 2015-04-08 | 北京信息科技大学 | 一种高动态角速率陀螺正交误差控制方法 |
| CN108613686A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-10-02 | 中南大学 | 一种振动陀螺自动化修调方法 |
| CN108613686B (zh) * | 2018-04-28 | 2021-10-08 | 中南大学 | 一种振动陀螺自动化修调方法 |
| CN109084741A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-12-25 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种圆柱壳体振动陀螺谐振子频率裂解方法及系统 |
| CN109870154A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-06-11 | 中国民航大学 | 一种提高环型振动陀螺仪检测精度的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103047978B (zh) | 2013-11-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103047978B (zh) | 一种钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法 | |
| US20190257653A1 (en) | Method For The Measurement Of Angular And/Or Linear Displacements Utilizing One Or More Folded Pendula | |
| CN102254058B (zh) | 钟形振子式角速率陀螺振子结构设计方法 | |
| CN102889888B (zh) | 振动陀螺元件、陀螺传感器及电子设备 | |
| CN105203132B (zh) | 一种谐振式振动陀螺的输出频率检测方法 | |
| CN115876182B (zh) | 一种半球谐振陀螺的电极误差建模方法 | |
| RU2006113688A (ru) | Способ измерения скоростей/ускорений с использованием кориолисова гироскопа-датчика угловой скорости, а также кориолисов гироскоп, который пригоден для этой цели | |
| Lorenzani et al. | Inertial instabilities of fluid flow in precessing spheroidal shells | |
| CN115388910A (zh) | 半球谐振陀螺误差自激励方法和系统 | |
| CN114858184A (zh) | 一种半球谐振子参数辨识方法 | |
| RU2011148682A (ru) | Способ повышения точности калибровки трехосных лазерных гироскопов с одним общим вибратором | |
| Bai et al. | Development of an effective method to reduce mechanical coupling error in a micro quartz tuning fork gyroscope | |
| Lukyanov et al. | Micro rate gyroscopes based on surface acoustic waves | |
| CN104501793A (zh) | 一种高动态角速率陀螺正交误差控制方法 | |
| CN102982211B (zh) | 一种钟形振子式角速率陀螺控制回路仿真方法 | |
| CN103048925B (zh) | 一种钟形振子式角速率陀螺振子振幅稳定方法 | |
| Ermakov et al. | Development of a vibrational error model of a hemispherical resonator gyroscope | |
| CN102982210B (zh) | 一种钟形振子式角速率陀螺模型建立方法 | |
| Martynenko et al. | Nonlinear dynamics of MEMS turning fork gyroscope | |
| CN109254536A (zh) | 一种高动态陀螺误差控制仿真装置 | |
| US10345105B2 (en) | Simplified time domain switched ring/disk resonant gyroscope | |
| Ren et al. | The influence of vibration on hemispherical resonant gyroscope | |
| Zavitaev et al. | Estimation of the nuclear magnetic gyroscope sensitivity to inertial influences | |
| CN102980591B (zh) | 一种减少振动式硅微陀螺模态耦合误差的激光修形方法 | |
| RU2178548C1 (ru) | Микромеханический вибрационный гироскоп |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131113 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |