一种全角半球谐振陀螺阻尼不均漂移补偿方法

技术领域

本发明属于半球谐振陀螺漂移补偿方法，具体涉及一种全角半球谐振陀螺阻尼不均漂移补偿方法。

背景技术

半球谐振陀螺是一种极具发展前景的新型高精度陀螺，其优点在于:体积小、精度高、功耗低、可靠性高、启动时间短、机械部件结构简单、工作温度范围大、抗电离辐射能力强、对线性过载不敏感、断电时稳定性好、制造半球谐振陀螺时可以实现自动化生产等，此外,半球谐振陀螺还具有较长的寿命,有关资料表明:半球谐振陀螺可以连续工作15年以上并保持所要求的性能，因此被公认为是最长寿命的陀螺。

谐振子生产制造过程受制于目前工艺的局限，谐振子的唇缘、半球壳表面、支撑杆会产生微小的裂纹。当谐振子振动时，裂纹的大小和分布情况还可能发生变化，影响陀螺的使用寿命。这些裂纹还会影响谐振子的刚度，并残留内应力；裂纹的分布不均匀从而残留的内应力分布不均匀，导致谐振子不同位置的刚度不一致和不同位置的阻尼的不一致。

半球谐振陀螺不同位置阻尼不一致会导致在谐振子周向形成两个阻尼轴，一个为最大阻尼轴，另一个为最小阻尼轴，并引起额外的漂移，这种漂移称为阻尼不均漂移。阻尼不均漂移用如下式子表示：

其中ε(θ)表示随振型角θ变化的阻尼不均漂移，

半球谐振陀螺的周向阻尼用如下式子表示：

其中τ表示该位置的阻尼时间常数，τ

针对半球谐振陀螺存在的阻尼不均漂移问题，本发明预的设计一种全角半球谐振陀螺阻尼不均漂移补偿方法

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术的不足之处，提供一种全角半球谐振陀螺阻尼不均漂移补偿方法。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：

一种全角半球谐振陀螺阻尼不均漂移补偿方法，其特征在于：实施该方法的半球谐振陀螺设计有一对正交的检测电极、一对正交的激励电极，一个单独的检测电极和一个单独的激励电极；其中，激励电极1和激励电极2为一组正交的激励电极，空间位置成45°；激励电极2和激励电极3空间位置成22.5°；检测电极1和检测电极2为一组正交的检测电极，空间位置成45°；检测电极2和检测电极3空间位置成22.5°；激励电极1和检测电极1处在同一条轴线上，包括如下步骤：

步骤1、向激励电极1、激励电极2、激励电极3同时施加频率为ω，幅值为f的激励力；

步骤2、由检测电极1、检测电极2、检测电极3分别检测得到三个位置的振动位移幅值x

根据三个位置的动位移幅值，得到三个位置处的阻尼时间常数τ分别为：

式中，m表示谐振子质量，ω

步骤3，设定振型角0度和检测电极1重合，由半球谐振陀螺的周向阻尼表达式以及三

个检测电极的位置关系可知：

式中，

步骤4、计算阻尼不均漂移幅值

/>

步骤5、在陀螺全角输出中补偿阻尼不均漂移

根据4)步求得的

进一步的:步骤1中激励力频率与谐振子固有频率的差设置为δω设置为0.1Hz-0.3Hz。

本发明具有的优点和积极效果：

本发明全角半球谐振陀螺阻尼不均漂移补偿方法，通过向不同的激励电极施加正弦扰动信号并通过同轴线位置的检测电极检测该信号，通过信号衰减的比例辨识该激励电极处的阻尼时间常数，从而得知谐振子一周的阻尼不均漂移相关参数，实现该全角半球谐振陀螺阻尼不均漂移补偿。

附图说明

图1是本发明半球谐振陀螺的电极布置示意图。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本发明的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。

一种全角半球谐振陀螺阻尼不均漂移补偿方法，实施该方法的半球谐振陀螺需设计有一对正交的检测电极和一对正交的激励电极，以及一个单独的检测电极，和一个单独的激励电极，位置如图1所示。其中，激励电极1和激励电极2为一组正交的激励电极，空间位置成45°；激励电极2和激励电极3空间位置成22.5°。检测电极1和检测电极2为一组正交的检测电极，空间位置成45°；检测电极2和检测电极3空间位置成22.5°。激励电极1和检测电极1处在同一条轴线上。

半球谐振陀螺谐振子为带通滤波器，即其对谐振子固有频率的激励力有最大的振动位移响应，而对其他频率的激励力，相应的振动位移响应有很大的衰减。

激励力的幅值和谐振子振动位移响应幅值关系如下式：

其中：x表示谐振子振动位移响应幅值，f表示激励力幅值，τ为阻尼时间常数，m表示谐振子质量，ω

δω＝ω-ω

由上述激励力的幅值和谐振子振动位移响应幅值关系的表达式，τ表示为：

半球谐振陀螺谐振子的振动是轴向对称的，激励电极1和检测电极1处的振动位移的幅值相同；激励电极2和检测电极2处的振动位移的幅值相同；激励电极3和检测电极3处的振动位移的幅值相同。

具体补偿步骤如下：

步骤1、向激励电极1、激励电极2、激励电极3同时施加频率为ω，幅值为f的激励力；需要使信号衰减后可以检测，也需要避免扰动信号对陀螺正常工作的影响，δω设置为0.1Hz～0.3Hz。

步骤2、由检测电极1、检测电极2、检测电极3分别检测得到三个位置的振动位移幅值x

根据三个位置的动位移幅值，由上述τ表达式得到三个位置处的阻尼时间常数τ分别为：

步骤3、设定振型角0度和检测电极1重合，其中振型角的定义为驻波波腹和检测电极1的夹角，由式半球谐振陀螺的周向阻尼表达式以及三个检测电极的位置关系可知：

式中，式中，

步骤4、计算阻尼不均漂移幅值

步骤5、在陀螺全角输出中补偿阻尼不均漂移

根据4)步求得的

该方法设计一种全角半球谐振陀螺阻尼不均补偿方法，可以解决阻尼不均漂移随时间和温度变化影响陀螺零偏稳定性的问题。工程上方便实现，具有较强的工程应用价值。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神范围内，各种替换、变化和修改都是可以的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。