CN104215233B - 一种具有刚性轴自稳定性能的圆柱壳陀螺谐振子 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有刚性轴自稳定性能的圆柱壳陀螺谐振子，包括壳体和压电电极片，所述壳体包括壳壁和壳底，所述压电电极片为两个以上且贴附在壳底上，所述壳壁上设置应力导向结构，当谐振子的刚性轴偏离所述应力导向结构时，所述应力导向结构所产生的应力会将刚性轴拉向应力导向结构的方位。本发明结构简单紧凑、制作方便，能够减小陀螺仪刚性轴在温度变化过程中刚性轴发生偏转而导致的温漂。

Description

一种具有刚性轴自稳定性能的圆柱壳陀螺谐振子
技术领域
本发明主要涉及到固体波动陀螺领域，特指一种具有刚性轴自稳定性能的圆柱壳陀螺谐振。
背景技术
固体波动陀螺具有可靠性好、体积小、精度高、抗冲击能力强等优点，并且具有低成本、大批量生产的潜力。尤其是以特殊金属为材料制造的圆柱壳陀螺，能够在普通加工中心完成制造，具有低成本、可大批量生产的特点，有着广泛的发展和应用前景，目前正受到越来越多的研究和关注。
圆柱壳陀螺的工作原理为：给其谐振子底面相互垂直的四个压电激励电极施加交流电压，由逆压电效应产生的电极振动通过传振结构传递到谐振子，激励出如图1所示的谐振子的驱动模态。由图1可见，谐振子的驱动模态为环向波数为2的驻波，其中波腹点处的振幅最大，波节点处的振幅为零，波腹点连线构成固有刚性轴系，如图1中X-X’与Y-Y’；当有轴向角速度输入时，谐振子在哥氏力的作用下产生如图2所示的另一固有刚性轴系的检测模态振动，谐振环检测模态下的振动通过传振结构传递到相互垂直的四个压电敏感电极，由压电效应产生的敏感信号经过电路和软件处理即可得到输入角速度。
然而，这类陀螺容易受到环境温度的影响，具体表现为环境温度变化引起谐振子的节点不稳定，刚性轴X-X’会不断发生偏转。温漂降低了这类陀螺的精度，限制了其在装备中的应用。传统上，减小这类陀螺温漂的主要办法是通过电路进行相应补偿，但存在效率低、精度差、重复性不好等缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、制作方便、能够减小陀螺仪刚性轴在温度变化过程中刚性轴发生偏转而导致的温漂的具有刚性轴自稳定性能的圆柱壳陀螺谐振子。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种具有刚性轴自稳定性能的圆柱壳陀螺谐振子，包括壳体和压电电极片，所述壳体包括壳壁和壳底，所述压电电极片为两个以上且贴附在壳底上，所述壳壁上设置应力导向结构，当谐振子的刚性轴偏离所述应力导向结构时，所述应力导向结构所产生的应力会将刚性轴拉向应力导向结构的方位。
作为本发明的进一步改进：所述应力导向结构为设置于壳壁上的多瓣式结构。
作为本发明的进一步改进：所述多瓣式结构沿壳壁的圆周对称均匀分布。
作为本发明的进一步改进：所述多瓣式结构中瓣的数量为偶数。
作为本发明的进一步改进：所述多瓣式结构中瓣的结构为凸起。
作为本发明的进一步改进：所述多瓣式结构中瓣的结构为沿着壳体径向方向的孔槽。
作为本发明的进一步改进：所述孔槽的形状为矩形。
作为本发明的进一步改进：所述壳壁和壳底为不同材料制成且通过装配连接。
作为本发明的进一步改进：所述压电电极片在壳底上呈中心对称辐射状分布。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的具有刚性轴自稳定性能的圆柱壳陀螺谐振子，利用壳壁上设置应力导向结构，当谐振子的刚性轴偏离应力导向结构一定角度时候，应力导向结构所产生的应力会将刚性轴“拉”向应力导向结构的方位。因此，可以利用此效应用于陀螺仪刚性轴的自稳定。
2、本发明的具有刚性轴自稳定性能的圆柱壳陀螺谐振子，使它能够在一定温度变化范围内，壳体内部产生方向稳定的热应力，使壳体结构中产生的热应力与刚性轴重合，从而有效抑制其刚性轴的偏转，显著降低温漂。
附图说明
图1是圆柱壳陀螺谐振子的驱动模态示意图。
图2是圆柱壳陀螺谐振子的检测模态示意图。
图3是本发明采用应力导向凸起的立体组装结构示意图。
图4是本发明采用应力导向凸起的俯视示意图。
图5是本发明采用应力导向槽的结构示意图。
图6是本发明采用应力导向槽的俯视结构示意图。
图7是本发明采用应力导向槽的局部剖视示意图。
图8是本发明在具体应用过程中的原理示意图。
图例说明：
1、壳底；2、壳壁；3、压电电极片；4、应力导向凸起；5、应力导向槽。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图3和图4所示，本发明的圆柱壳陀螺谐振子，包括壳体和压电电极片3，该壳体包括壳壁2和壳底1，壳壁2和壳底1为不同材料制成且通过装配连接，例如可通过连接件装配，或采用其他的固接方式。压电电极片3为两个以上且贴附在壳底1上，压电电极片3用于激励或检测，即两个以上的压电电极片3中的一部分用于激励谐振子在第一模态下振动，另一部分用于检测谐振子因角速度而产生的第二模态振动。通过实践可知，非均匀热应力可以导致刚性轴的偏转，表明其对谐振子的振动具有应力导向效应：即非均匀应力与刚性轴方向不一致时，刚性轴具有朝着应力方向偏转的趋势。为此，本发明在壳壁2上设置应力导向结构，如图8所示，A为应力方向，B为振动方向，当谐振子的刚性轴偏离应力导向结构一定角度时候，应力导向结构所产生的应力会将刚性轴“拉”向应力导向结构的方位。因此，可以利用此效应用于陀螺仪刚性轴的自稳定。
本实施例中，该应力导向结构为设置于壳壁2上的多瓣式结构（可以为异形结构），瓣的结构为凸起或沿径向矩形孔槽，即图3和图4中的应力导向凸起4，或者图5、图6和图7中的应力导向槽5。上述瓣式结构沿壳壁2的圆周对称均匀分布，瓣数一般为偶数。
如图3所示，对于应力导向凸起4类的多瓣式结构，可以采用数控异形磨削进行加工，通过设计谐振子毛坯与磨头的特殊运动轨迹，严格按照设计参数加工出高精度异形导向结构，提高加工精度，进而提高整体的灵敏度等性能。
如图5所示，对于应力导向槽5类的多瓣式结构，可以采用电火花刻蚀进行加工。即根据应力导向槽5的尺寸（例如：槽宽1.5 mm，槽深3.36 mm），设计电火花加工用电极。沿轴线方向回转谐振子，即可在不同位置刻出应力导向槽5，同时易控制槽的深浅。应力导向槽5可以为沿着壳体径向方向的矩形孔槽。
本实施例中，壳壁2的高度为20 mm，壳底1的壳底直径为25 mm。
本实施例中，压电电极片3在壳底1上呈中心对称辐射状分布。
另外，考虑到谐振子在实际制造过程中也会存在一定的精度误差，因而谐振子的频率匹配性受到破坏。与传统的壳体振动陀螺频率平衡方式不同，本发明具有应力导向结构的谐振子在其修形后不能引入新的应力，通过结构分析确定修形部位，消除谐振子的频率裂解，同时保持谐振子内部应力稳定。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有刚性轴自稳定性能的圆柱壳陀螺谐振子，包括壳体和压电电极片（3），所述壳体包括壳壁（2）和壳底（1），所述压电电极片（3）为两个以上且贴附在壳底（1）上，其特征在于，所述壳壁（2）上设置应力导向结构，当谐振子的刚性轴偏离所述应力导向结构时，所述应力导向结构所产生的应力会将刚性轴拉向应力导向结构的方位；所述应力导向结构为设置于壳壁（2）上的多瓣式结构；所述多瓣式结构中瓣的结构为凸起、或沿着壳体径向方向的孔槽。
2.根据权利要求1所述的具有刚性轴自稳定性能的圆柱壳陀螺谐振子，其特征在于，所述多瓣式结构沿壳壁（2）的圆周对称均匀分布。
3.根据权利要求1所述的具有刚性轴自稳定性能的圆柱壳陀螺谐振子，其特征在于，所述多瓣式结构中瓣的数量为偶数。
4.根据权利要求1所述的具有刚性轴自稳定性能的圆柱壳陀螺谐振子，其特征在于，所述孔槽的形状为矩形。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的具有刚性轴自稳定性能的圆柱壳陀螺谐振子，其特征在于，所述壳壁（2）和壳底（1）为不同材料制成且通过装配连接。
6.根据权利要求1～4中任意一项所述的具有刚性轴自稳定性能的圆柱壳陀螺谐振子，其特征在于，所述压电电极片（3）在壳底（1）上呈中心对称辐射状分布。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105865430B (zh) * 2016-05-03 2019-03-26 中国人民解放军国防科学技术大学 基于化学刻蚀一体式石英圆柱壳体谐振子修形系统及方法
CN106556386B (zh) * 2016-11-15 2019-11-08 东南大学 硅基微壳体谐振器及其制备方法
CN108507556B (zh) * 2018-03-19 2020-04-07 中国人民解放军国防科技大学 圆柱壳体陀螺谐振子品质因数不均匀的修调方法和装置
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
CN110553638B (zh) * 2019-09-28 2024-06-07 中科天翼导航技术有限公司 一种激光陀螺的谐振子结构

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101846517A (zh) * 2010-06-18 2010-09-29 中国人民解放军国防科学技术大学 杯形波动陀螺的杯形谐振子及其机械平衡方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8056413B2 (en) * 2007-09-11 2011-11-15 Evigia Systems, Inc. Sensor and sensing method utilizing symmetrical differential readout
US20100058861A1 (en) * 2008-09-11 2010-03-11 Analog Devices, Inc. Piezoelectric Transducers and Inertial Sensors using Piezoelectric Transducers

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101846517A (zh) * 2010-06-18 2010-09-29 中国人民解放军国防科学技术大学 杯形波动陀螺的杯形谐振子及其机械平衡方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《圆柱壳体振动陀螺谐振子的品质因数研究》;栾清磊等;《传感技术学报》;20111031;第24卷(第10期);1401-1405

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