CN111912398B - 一种大气下轴对称谐振子密度1至4次谐波辨识装置及方法 - Google Patents

一种大气下轴对称谐振子密度1至4次谐波辨识装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大气下轴对称谐振子密度1至4次谐波辨识装置及方法，该辨识装置包含：激励模块、夹持模块、测振模块，其中，激励模块用于进行多轴激振，包括功率放大器、至少两个激振器，该功率放大器用于为激振器输入振动信号；夹持模块用于固定谐振子，包括夹持部分和旋转部分，该旋转部分能旋转谐振子至0‑360°的连续角度。本发明的谐波辨识方法通过竖直激振获得不同角度的幅频曲线、通过水平不同方位激振获得不同角度的幅频曲线，获得1至4次谐波密度的方位和幅值。本发明提供的一种大气下轴对称谐振子密度1至4次谐波辨识装置无需精密装配，可适用于大气环境，无需真空环境，有利于实现批量化的谐振子调平，且辨识方法操作简便。

Description

一种大气下轴对称谐振子密度1至4次谐波辨识装置及方法
技术领域
本发明涉及一种大气下轴对称谐振子密度1至4次谐波辨识装置及方法。
背景技术
固体波动陀螺仪是一种高精度的新型陀螺仪表，其核心组件为轴对称谐振子，通常由半球壳以及支撑柱构成。
固体波动陀螺检测角速度的基本原理为：谐振子在激励电极同频静电能量激励下，产生谐振驻波。若陀螺本体相对惯性系发生旋转，该驻波将反向进动，通过检测进动角度，即可解算出陀螺本体相对于惯性系的旋转角度。
若谐振子越接近理想轴对称结构，则测量精度越高。但在实际加工过程中，谐振子总是存在各种各样的加工误差，从而引入谐振子质量分布不均匀，其中影响陀螺精度主要为密度(质量)1至4次谐波。因此为实现对角速度的高精度测量，要求对谐振子的质量一至四次谐波进行调平，质量不均匀辨识则是实现质量调平的前提和关键。
当前谐振子的质量不均匀辨识方法均采用电学方案激振和检测，受限于激励效率和检测灵敏度，需要在高真空环境下进行，并需要实现谐振子和检测基座的精密装配，因此极大的增加了调平设备的复杂性和成本，不利于实现批量化的谐振子调平。
发明内容
大气环境下，电学激励效率不高，品质因数Q值低，现有的激振方法无法实现对谐振子1至4次谐波密度辨识。本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提出一种无需真空环境、无需精密装配的轴对称谐振子1至4次谐波密度辨识装置方法。
为了达到上述目的，本发明提供了一种大气下轴对称谐振子密度1至4次谐波辨识装置，其包含：激励模块、夹持模块、测振模块，其中，
所述的激励模块用于进行多轴激振，包括功率放大器、至少两个激振器，所述的功率放大器用于为激振器输入特定频率和幅度的振动信号；
所述的夹持模块用于固定谐振子，包括夹持部分和旋转部分；所述的旋转部分能旋转谐振子至0-360°的连续角度。
较佳地，所述的测振模块为激光测振仪。
较佳地，所述的激光测振仪的位移灵敏度为pm量级。
较佳地，所述的旋转部分能旋转谐振子至45°或90°的方位。
本发明还提供了一种根据上述的大气下轴对称谐振子密度1至4次谐波辨识方法，其包括：
步骤1，连通测振模块；
步骤2，将谐振子通过夹持模块固定；
步骤3，记激光入射方位角为0°，旋转谐振子至不同角度，利用激振台在竖直方向上提供激振力，对谐振子四波腹模态频率段进行扫频激振，分别记录所述不同角度下的幅频响应曲线系列I；
步骤4，利用幅频响应曲线系列I计算密度不均匀第2次和第4次谐波的幅值和方位；
步骤5，旋转谐振子分别0°和90°方位，利用激振台在水平方向0°上提供激振力，对谐振子四波腹模态频率段进行扫频激振，记录不同角度下幅频响应曲线系列II；
步骤6，测振模块指向不变，旋转谐振子分别至0°和90°方位，利用激振台在水平方向45°上提供激振力，对谐振子四波腹模态频率段进行扫频激振，记录不同角度下幅频响应曲线系列III；
步骤7，利用幅频响应曲线系列II和幅频响应曲线系列III辨识出1次和3次谐波幅值和方位。
较佳地，所述的不同角度包含：0°、45°或90°。
较佳地，计算密度不均匀第2次和第4次谐波的幅值和方位采用如下公式：
Figure BDA0002585403080000031
Figure BDA0002585403080000032
Figure BDA0002585403080000033
Figure BDA0002585403080000034
其中，
Figure BDA00025854030800000311
代表第2次密度谐波的方位，ε2代表第2次密度谐波的幅值，
Figure BDA0002585403080000035
代表第4次密度谐波的方位，ε4代表第4次密度谐波的幅值。
较佳地，辨识出1次和3次谐波幅值和方位采用如下公式计算：
Figure BDA0002585403080000036
Figure BDA0002585403080000037
Figure BDA0002585403080000038
Figure BDA0002585403080000039
其中，
Figure BDA00025854030800000310
代表第1次密度谐波的方位，ε1代表第1次密度谐波的幅值，ε3代表第3次密度谐波的方位，ε3代表第3次密度谐波的幅值。
本发明的谐波辨识方法通过竖直激振获得不同角度的幅频曲线、通过水平不同方位激振获得不同角度的幅频曲线，获得1至4次谐波密度的方位和幅值。
本发明的技术效果：本发明提供的一种大气下轴对称谐振子密度1至4次谐波辨识装置无需精密装配，可适用于大气环境，无需真空环境，有利于实现批量化的谐振子调平，且辨识方法操作简便。
附图说明
图1为本发明的一种大气下轴对称谐振子密度1至4次谐波辨识装置示意图。
图2为本发明的一种大气下轴对称称谐振子密度1至4次谐波辨识流程示意图。
图3为竖直激励下，谐振子旋转0°后，谐振子的幅频特性示意图。
图4为竖直激励下，谐振子旋转45°后，谐振子的幅频特性示意图。
图5为水平激励下，谐振子旋转0°后，激励方位为0°，谐振子的幅频特性示意图。
图6为水平激励下，谐振子旋转0°后，激励方位为45°(水平面内的45°进行激振)，谐振子的幅频特性示意图。
图7为水平激励下，谐振子旋转90°后，激励方位为45°，谐振子的幅频特性示意图。
图8为水平激励下，谐振子旋转90°后，激励方位为0°，谐振子的幅频特性示意图。
附图标识说明
激励模块10
夹持模块20
测振模块30
谐振子100
半球壳101
支撑柱102。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明的一种大气下轴对称谐振子密度1至4次谐波辨识装置包含：激励模块10、夹持模块20、测振模块30。
所述的激励模块10用于进行多轴激振，包括功率放大器、至少两个激振器(图中未示)，所述的功率放大器用于为激振器输入特定频率和幅度的振动信号；该特定频率是指谐振子的谐振频率；将激振频率与谐振频率设定为一致，使谐振子谐振。
所述的夹持模块20包括夹持部分和旋转部分，用于旋转并固定谐振子100，该谐振子100由半球壳101以及支撑柱102构成；所述的旋转部分能旋转谐振子至0-360°的连续角度。
所述的测振模块10为激光测振仪，其位移灵敏度为pm量级。
如图2所示，本发明的辨识装置的使用流程如下：
S1，将测振仪打开；
S2，将谐振子按要求夹持，如旋转谐振子至0°或90°，通过夹持部分固定谐振子；
S3，竖直激振；
S4，进行数据采集；
S5，进行二次、四次谐波密度辨识；
如满足辨识要求，则结束；
如不满足辨识要求，则继续回到S3进行竖直激振；
S3’，水平不同方位激振；
S4’，进行数据采集；
S5’，进行一次、三次谐波密度辨识；
如满足辨识要求，则结束；
如不满足辨识要求，则继续回到S3’进行水平不同方位激振。
以下结合具体说明对该发明进行说明：
(1)旋转谐振子至0°和90°，利用激振台(其能伸缩，相当于提供一个正弦的加速度)，在竖直方向上提供激振力，对谐振子四波腹模态频率段进行扫频激振。当谐振子在竖直方向上受到正弦振动作用时，相当于受到了一个方向沿着谐振子密度2次谐波方向上的位置激励，激励力的大小与密度2次谐波幅值(该幅值表示2次谐波的误差大小)成正比。
(2)利用激光测振仪记录不同角度下幅频响应曲线系列I；由于激光测振仪的位移灵敏度能够达到pm量级，能够满足检测灵敏度。
(3)利用所述的幅频响应曲线系列1计算质量不均匀第2次和第4次谐波的幅值和方位；
利用四波腹频率对谐振子进行竖直激振，此时谐振子将出现两个峰值。旋转谐振子，相当于改变了检测角
Figure BDA0002585403080000061
当只有前峰时(频率较小为前)，此时
Figure BDA0002585403080000062
(即谐振子旋转0°)，即激光照射处为4次谐波方位，谐振子的幅频特性示意图如图3所示，记录此时幅频响应中的最大幅值A21，频率ω1。将谐振子旋转45°后，谐振子的幅频特性示意图如图4所示，谐振子将出现后峰，此时记录频率ω2，幅频响应中的最大幅值A22，记谐振子的频率为f0，品质因数Q值大小为Q，Z0为激励振幅，I12和I62为常数。该图3、4展示了所获得的幅频曲线I与1至4次谐波密度的方位和幅值有关。通过该关系即可获得1至4次谐波密度的方位和幅值。则有
Figure BDA0002585403080000071
Figure BDA0002585403080000072
Figure BDA0002585403080000073
Figure BDA0002585403080000074
此时实现了对第2次密度谐波方位
Figure BDA0002585403080000075
和幅值ε2、第4次密度谐波方位
Figure BDA0002585403080000076
和幅值ε4的辨识。
(4)分别旋转谐振子至0°和90°，利用激振台，在水平方向0°上提供激振力，对谐振子四波腹模态频率段进行扫频激振，获得不同角度下幅频响应曲线系列II，分别记录此时的幅值最大值分别为B11，B12，如图5、6所示；
在水平方向上激振，相当于利用谐振子的1次谐波和3次谐波对谐振子进行位置激励，激励力的大小与密度幅值成正比。
(5)分别旋转谐振子至0°和90°，利用激振台，在水平方向45°上提供激振力，对谐振子四波腹模态频率段进行扫频激振，获得不同角度下幅频响应曲线系列III，分别记录此时的幅值最大值分别为B21，B22，如图7、8所示；
可以计算得到
Figure BDA0002585403080000081
Figure BDA0002585403080000082
Figure BDA0002585403080000083
Figure BDA0002585403080000084
此时实现了对第1次密度谐波方位
Figure BDA0002585403080000085
和幅值ε1、第3次密度谐波方位
Figure BDA0002585403080000086
和幅值ε3的辨识。
综上所述，本发明提供了一种大气下轴对称谐振子密度1至4次谐波辨识装置及方法，该装置无需精密装配，可适用于大气环境，无需真空环境，有利于实现批量化的谐振子调平，且辨识方法操作简便。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种大气下轴对称谐振子密度1至4次谐波辨识方法，采用大气下轴对称谐振子密度1至4次谐波辨识装置，该辨识装置包含：激励模块、夹持模块、测振模块；所述的激励模块用于进行多轴激振，包括功率放大器、至少两个激振器，所述的功率放大器用于为激振器输入谐振子的谐振频率和幅度的振动信号；所述的夹持模块用于固定谐振子，包括夹持部分和旋转部分；所述的旋转部分能旋转谐振子至0-360°的连续角度；其特征在于，该方法包括：
步骤1，连通测振模块；
步骤2，将谐振子通过夹持模块固定；
步骤3，记激光入射方位角为0°，旋转谐振子至不同角度，利用激振台在竖直方向上提供激振力，对谐振子四波腹模态频率段进行扫频激振，分别记录所述不同角度下的幅频响应曲线系列I；
步骤4，利用幅频响应曲线系列I计算密度不均匀第2次和第4次谐波的幅值和方位；
步骤5，旋转谐振子分别0°和90°方位，利用激振台在水平方向0°上提供激振力，对谐振子四波腹模态频率段进行扫频激振，记录不同角度下幅频响应曲线系列II；
步骤6，测振模块指向不变，旋转谐振子分别至0°和90°方位，利用激振台在水平方向45°上提供激振力，对谐振子四波腹模态频率段进行扫频激振，记录不同角度下幅频响应曲线系列III；
步骤7，利用幅频响应曲线系列II和幅频响应曲线系列III辨识出1次和3次谐波幅值和方位。
2.如权利要求1所述的大气下轴对称谐振子密度1至4次谐波辨识方法，其特征在于，所述的不同角度包含：0°、45°或90°。
3.如权利要求1所述的大气下轴对称谐振子密度1至4次谐波辨识方法，其特征在于，计算密度不均匀第2次和第4次谐波的幅值和方位采用如下公式：
Figure FDA0003674225570000021
Figure FDA0003674225570000022
Figure FDA0003674225570000023
Figure FDA0003674225570000024
其中，
Figure FDA0003674225570000025
代表第2次密度谐波的方位，ε2代表第2次密度谐波的幅值，
Figure FDA0003674225570000026
代表第4次密度谐波的方位，ε4代表第4次密度谐波的幅值。
4.如权利要求1所述的大气下轴对称谐振子密度1至4次谐波辨识方法，其特征在于，辨识出1次和3次谐波幅值和方位采用如下公式计算：
Figure FDA0003674225570000027
Figure FDA0003674225570000028
Figure FDA0003674225570000029
Figure FDA00036742255700000210
其中，
Figure FDA00036742255700000211
代表第1次密度谐波的方位，ε1代表第1次密度谐波的幅值，
Figure FDA00036742255700000212
代表第3次密度谐波的方位，ε3代表第3次密度谐波的幅值。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112710869B (zh) * 2020-12-09 2023-04-21 华中光电技术研究所（中国船舶重工集团公司第七一七研究所） 基于附加静电刚度原理的谐振子刚性轴辨识装置及方法
CN113686489A (zh) * 2021-08-25 2021-11-23 西安航天精密机电研究所 一种半球谐振子质量不平衡缺陷的检测装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103674060A (zh) * 2013-11-28 2014-03-26 哈尔滨工业大学 半球谐振陀螺的输出补偿方法和系统
CN105312771A (zh) * 2015-11-27 2016-02-10 上海新跃仪表厂 用于轴对称结构谐振子调平的激光设备及其方法
CN108844555A (zh) * 2018-07-04 2018-11-20 中国人民解放军国防科技大学 一种圆柱壳体陀螺谐振子不平衡质量的确定方法及系统
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

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6675630B2 (en) * 2001-08-17 2004-01-13 The Boeing Company Microgyroscope with electronic alignment and tuning
EP2882035B1 (en) * 2012-08-03 2020-04-15 Kuang-chi Innovative Technology Ltd. Harmonic oscillator and manufacturing method therefor, filter device and electromagnetic wave equipment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103674060A (zh) * 2013-11-28 2014-03-26 哈尔滨工业大学 半球谐振陀螺的输出补偿方法和系统
CN105312771A (zh) * 2015-11-27 2016-02-10 上海新跃仪表厂 用于轴对称结构谐振子调平的激光设备及其方法
CN108844555A (zh) * 2018-07-04 2018-11-20 中国人民解放军国防科技大学 一种圆柱壳体陀螺谐振子不平衡质量的确定方法及系统
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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"基于幅频相应特性的半球谐振子频率裂解与固有刚度轴方位角测定方法";李绍良等;《飞控与探测》;20200131;第3卷(第1期);第71-73页 *

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