半球谐振陀螺

摘要： 关键提示通过对现有各类型商船用陀螺罗经进行比较不难看出,光纤陀螺罗经和半球谐振陀螺罗经在航海上的应用前景值得业界关注,二者必将逐渐代替传统机械陀螺罗经和GPS罗经。就光纤陀螺罗经和半球谐振陀螺罗经这两款型陀螺罗经而言,后者在原理上更胜一筹,因为其在应用于航海之前已成功应用于航天航空多年,技术性能可靠度更高。而从内部组成原件上看,其制造成本控制更具可行性。结论是,半球谐振陀螺罗经在海洋导航领域的发展前景会更好。

摘要： 半球谐振陀螺是一种新型固体振动陀螺,具备功耗低、寿命长、稳定性高等特点,可完美适应卫星的姿态控制。针对微小卫星应用需求,利用半球谐振陀螺构建了星载惯性测量单元。首先,通过测量单元硬件结构设计,对其内部空间进行优化,并通过力学特性及力学试验仿真分析,验证其机械可靠性。其次,针对微小卫星应用环境优化半球谐振陀螺电路设计,提高惯性测量单元可靠性。最后,力学环境试验结果表明,三轴半球谐振陀螺的零偏稳定性均优于0.1°/h,敏感器件满足标度因数非线性度≤500ppm和零偏稳定性≤0.1°/h(1σ)的要求,实现了满足微小卫星应用需求的低成本、小体积、高可靠的半球谐振陀螺星载惯性测量单元。

摘要： 半球谐振陀螺是一种新型振动陀螺仪,在装备领域有着广泛的应用前景。制造误差、干扰源及工作环境的变化影响了半球谐振陀螺的快速启动性能。该文分析了半球谐振陀螺输出的影响因素,讨论了谐振子品质因数(Q)值特性、装配、温度及信号干扰对快速启动性能的影响,并针对敏感器制造和信号处理进行了优化改进。结果表明,优化改进后的半球谐振陀螺可在通电3 min内达到稳定,相比改进前的大于1 h有显著提升。

摘要： 全角模式半球谐振陀螺具有测量动态范围大,不存在速率积分误差等优点,应用场景广泛,但驻波检测和驱动电路的增益非对称会对其标度因数的线性度和稳定性产生影响。针对上述问题,推导了含有检测驱动电路增益和相移的陀螺动力学模型,明确电路增益和相移不对称对陀螺标度因数的影响机理,提出一种检测驱动电路单路复用的方法,并通过仿真验证了所提方法的有效性。最后开展单路复用实验,实验结果表明单路复用将全角模式下的角速度漂移降低了82%,并将标度因数非线性从6%降低到了1.3%,基本消除了电路的增益非对称对标度因数的影响。

摘要： 针对两件套半球谐振陀螺力平衡模式闭环控制系统中的锁相环相位误差问题,开展了锁相环相位误差对陀螺影响分析,并提出了一种锁相误差校准方法。基于带阻尼和弹性耦合的动力学方程,推导了存在锁相误差情况下的各控制力表达式,对谐振频率、标度因数和零偏的影响进行了理论分析和仿真验证。发现锁相误差对谐振频率的影响可以忽略,仅为1.35 ppb/°;对标度因数具有一定影响,锁相误差1°处,为152 ppm/°;而对陀螺零偏影响较大,频差0.001 Hz时,为10.8704°/h/°。提出了一种基于幅度控制量极小值的锁相误差校准方法,实验结果表明,校准后零偏减小了54%,验证了所提方法的有效性。

摘要： 热漂移是影响半球谐振陀螺使用精度的重要因素之一.为了保证半球谐振陀螺的输出精度,设计了一种半球谐振陀螺温控系统,为陀螺提供一个恒温环境,减小温度变化带来的影响,避免热漂移的产生,进而保证半球谐振陀螺的使用精度.该系统采用硬件结构设计结合软件编程,运用PID控制算法结合继电反馈法自整定参数,实现了整个温控系统的设计.硬件设计了恒温箱和控制柜,其中恒温箱内置金属托盘,用于放置半球谐振陀螺仪;控制柜内置油循环系统和数据采集设备,用于系统的加热、冷却和数据采集;软件采用LabVIEW完成整个系统程序设计,并在上位机提供可视化界面.整个系统通过反复实验,结果表明,该温控系统能够达到预期的设计效果,温控精度可以达到±0.05°C.

摘要： 全角(WA)模式作为一种新型陀螺控制模式,可使陀螺具有高动态范围和稳定的标度因数,有广阔的发展前景.而阻尼不均匀是影响全角模式陀螺精度的重要因素.在研究全角模式下的运动模型和控制方案基础上,针对半球谐振陀螺阻尼不均匀导致的速率阈值和振型角漂移现象,创造性地提出了振型自进动和前馈阻尼补偿相结合的补偿方案.通过试验测试,半球谐振陀螺在经过补偿后突破了原先0.01°/s的速率阈值,并且其输出波动由0.37°降低到了0.048°.该方法达成的周向阻尼不均匀性的标定与补偿作用不局限于半球谐振陀螺,对于其他类型的哥氏振动陀螺,也能够起到同样的效果,对降低陀螺由阻尼不均匀引起的误差有重要意义.

摘要： 针对半球谐振子表面金属薄膜残余应力分布情况,对半球谐振子Q值的影响特性进行了仿真。根据仿真结果,采用多自由度磁控溅射及基底均匀加热的方法进行了薄膜沉积工艺试验。控制多自由度旋转机构自转、公转、摆动参数分别为7r/min、12r/min和15 (°)/s,将基体均匀加热至120°C,在时长为26min的溅射之后得到了厚度为100nm左右的膜层。在真空状态下对半球谐振子镀膜后的品质因数进行了检测,结果表明可有效控制镀膜后的Q值衰减不超过30%。

摘要： 半球谐振陀螺是一种基于哥氏效应的固体波动陀螺,其具有高精度、长寿命、高可靠性的优势。频差直接影响着陀螺仪表的测量精度。针对存在主轴失准角的情况,建立了包含主轴失准角在内的完整电刚度补偿动力学模型,并给出了不同失准角度下的谐振子电刚度补偿方案及仿真结果。仿真结果表明,利用多电极组合补偿方法能够实现对主轴失准条件下的残余频差的完全抑制,为谐振子频差的电刚度补偿方法提供了借鉴。

摘要： 半球谐振陀螺技术是惯性领域一项变革性的颠覆技术,能够极大地提升导航与控制系统性能,对深空探测、国防装备以及相关国民经济建设等方面将产生重大影响,具有重要战略意义。作为-种新型全固态陀螺仪,半球谐振陀螺具有高精度、低噪声、大动态、长寿命、高可靠性等优势,同时还具备标度因数长期稳定、精度不受体积影响、断电性能保持等性能特征,被认为是“高价值任务的优选传感器”,是未来惯性仪表发展的主流趋势之一,尤其是面向高精度航天领域应用潜力巨大。

摘要： 在半球谐振陀螺工作的过程中,环境温度的变化是不可避免的。温度的变化导致谐振子尺寸变化,使陀螺产生热漂移。根据振幅检测原理,推导了温度效应误差的数学表达式,分析了它对测量结果的影响,这对选择合适的补偿算法以消除温度效应误差有一定的指导意义。

摘要： 半球谐谐振陀螺是最有前景的惯性传感器之一。从上世纪七八十年代的前苏联开始至现在的俄罗斯一直都有很多科研机构从事半球谐振陀螺的理论研究、结构的设计、生产加工工艺的研究与实际应用的研究，并且在这些方面取得了一系列的成果。同时，对于谐振子调平技术也进行了全面的研究，并且研制了不同的调平方法与装置，对于提高半球谐振陀螺精度有着重要意义。

摘要： 本文利用谐振子运动方程,分析了加速度对半球谐振陀螺谐振子工作状态以及谐振子与检测器和激励器不同心情况下加速度引起的形变对信号检测的影响，设计了利用位置转台检验加速度影响的方法,进行了重力场下的分析实验,实验证明半球谐振陀螺具有不敏感重力加速度的特性。

摘要： 在分析半球谐振陀螺闭环检测原理的基础上，建立了半球谐振陀螺状态方程，设计了消除半球谐振陀螺随机噪声的粒子滤波器.提出了利用Allan方差作为检验滤波效果好坏的标准的半球海振陀螺粒子滤波器的设计方法.实验结果表明，采用粒子滤波可以有效减小随机噪声对陀螺精度的影响.

摘要： 该文通过分析图锥摆的单质点振动在函数空间的分解与合成，并引入特征矢量ｒ〈’－〉〈，２〉用以表达该合成振动。

摘要： 一种半球谐振陀螺谐振子振动信号检测方法及装置，包括谐振腔1、接收端光纤准直器2、发射端光纤准直器3、可调光纤衰减器4、光纤环行器5、激光器6、发射端光纤探测器7、驱动电极8、接收端光纤探测器9；半球谐振陀螺基座上石英谐振器的内侧固定安装发射端光纤准直器3，外侧固定安装接收端光纤准直器2，接收端光纤准直器2后端依次接可调光纤衰减器4、接收端光纤探测器9，在光纤准直器3后端接光纤环行器5，光纤环行器5的两个输入端口分别接激光器6、光纤探测器7，谐振腔1对应于检测电极部分为全透明状态。

摘要： 本发明提出了一种变壁厚伞形半球谐振子及半球谐振陀螺，主要解决现有谐振子电容有效面积较小、抗过载性能较差的问题。该变壁厚伞形半球谐振子包括谐振子壳体和支撑杆；所述支撑杆设置在谐振子壳体内部，且其顶端与谐振子壳体的壳体内壁中心通过光滑曲面连接；所述谐振子壳体的壳体内壁呈半球面形状，壳体外壁为一个回转曲面，使得谐振子壳体的壳体厚度h(θ)随着θ变化，谐振子壳体的壳体厚度h(θ)值随着θ先减小后增大。本发明半球谐振陀螺包括平面电极基板以及上述变壁厚伞形半球谐振子；平面电极基板的中心设置有支撑杆安装孔，支撑杆底端嵌入支撑杆安装孔内，与平面电极基板连接。

摘要： 本发明提供了一种非均匀壁厚Ψ形半球谐振子及半球谐振陀螺仪，主要解决现有半球谐振子抗过载性能较差的问题。该半球谐振子包括谐振子壳体和轴柄；谐振子壳体整体呈半球罩体状，其套设在轴柄上，且与轴柄同轴设置；谐振子壳体的壳体外壁呈半球面形状，壳体内壁为一个回转曲面，使得谐振子壳体的壳体厚度)从上到下不断减小；轴柄包括由上至下依次设置的第一圆柱体、承载体和第二圆柱体；第一圆柱体为轴柄延伸至谐振子壳体顶端外侧的部分；承载体设置在谐振子壳体内，其顶端与谐振子壳体的壳体内壁通过光滑曲面连接，第二圆柱体用于与信号采集基座连接。本发明提供的半球谐振陀螺仪包括信号采集基座以及上述非均匀壁厚Ψ形半球谐振子。

摘要： 本发明提供了一种微机械陀螺与多普勒计程仪辅助的半球谐振陀螺捷联惯性导航系统行进间对准方法，属于自动化技术领域里一种信号处理方法。本发明首先考虑到船舶转艏运动下载体角速率较大，载体角速率超出力反馈式半球谐振陀螺测量范围的特点，设计了以微机械陀螺作为辅助设备的角速率采集算法，最终实现载体角速率信息的重构。然后，设计了借助外部测速信息辅助的速率观测矢量重构方法，构建目标函数。最后将姿态矩阵求解问题转化为Wahba姿态确定问题，最终得到载体姿态矩阵，实现半球谐振陀螺捷联惯性导航系统初始对准。本发明可以在载体行进状态下，实现基于力反馈模式半球谐振陀螺捷联惯性导航系统行进间的初始对准。

摘要： 本发明提供了一种微机械陀螺辅助的半球谐振陀螺捷联惯性导航系统摇摆基座无纬度对准方法，属于自动化技术领域里一种信号处理方法。本发明针对航海用的力反馈模式HRG捷联惯性导航系统在受到海浪冲击产生摇摆，载体姿态角速率超过HRG角速率测量范围，并且纬度信息未知的情况下，利用与HRG惯导系统同轴安装的MEMS陀螺作为角速率测量辅助设备，通过重力矢量几何约束和惯性系对准方法，解决船舶摇摆状况下初始对准与纬度估计的问题。本发明可以实现载体处于摇摆且纬度未知情况下的初始对准，对于运动状态和外界纬度信息有较低的要求，具有很高的自主性和鲁棒性。

摘要： 一种半球谐振陀螺谐振子与平板电极装配质量检测方法，具体涉及一种半球谐振陀螺的谐振子与平板电极之间的装配质量的检测方法，本发明为了解决平板电极式半球谐振陀螺因半球谐振子唇沿与平板电极上表面之间的间隙无法精确测量的问题，它包括以下步骤：S1、建立半球谐振陀螺的等效装配间隙与等效装配电容的关系式；S2、建立半球谐振陀螺的模拟电路，输入等效装配电容，输出电压，并确定所述模拟电路的输出电压与等效装配电容的关系式，得到各等效装配电容的实际测量值；S3、计算实际平均等效装配电容和实际等效装配电容标准差；S4、判断半球谐振陀螺装配质量是否合格。本发明用于检验半球谐振陀螺装配质量是否合格，属于装置质量检测领域。

摘要： 本发明公开了一种半球谐振陀螺的谐振子及其信号采集结构，该谐振子包括轴柄、以及套设在所述轴柄上并与所述轴柄同轴设置的整体呈半球罩体状的壳体，所述壳体的外表面呈半球面状，所述壳体内表面的上部区域呈球冠面状，且其球冠面的圆心位置与所述壳体外表面的半球面状的圆心位置相重合；所述壳体内表面的下部区域为沿所述壳体内表面的上部区域的球冠面状底圆向下延伸的圆柱面状。该信号采集结构包括谐振子和信号采集基座，本方案在保证机械灵敏度的同时，还能增加谐振子的有效质量，提高熔融石英利用率，同时还能大大降低了信号采集结构的加工难度。

摘要： 一种半球谐振陀螺仪谐振子与外基座的安装误差补偿方法，涉及惯性技术领域。本发明为了提高HRG的输出精度。所述方法包括：根据谐振子与外基座之间的安装误差，计算出安装误差矢量；根据谐振子振动位移关系和安装误差矢量，计算出谐振子与外基座之间的激励电容的变化量；根据激励电容变化量和激励系数的关系式，计算出改变后的激励系数和激励幅值；根据陀螺仪输出误差模型，计算出陀螺仪输出误差并进行误差补偿。应用本发明，可以定量分析谐振子与外基座的安装误差对陀螺输出精度的影响，根据陀螺仪输出误差对半球谐振陀螺的输出进行补偿，提高半球谐振陀螺仪的输出精度。

摘要： 一种半球谐振陀螺谐振子振动信号检测方法及装置，包括谐振腔1、接收端光纤准直器2、发射端光纤准直器3、可调光纤衰减器4、光纤环行器5、激光器6、发射端光纤探测器7、驱动电极8、接收端光纤探测器9；半球谐振陀螺基座上石英谐振器的内侧固定安装发射端光纤准直器3，外侧固定安装接收端光纤准直器2，接收端光纤准直器2后端依次接可调光纤衰减器4、接收端光纤探测器9，在光纤准直器3后端接光纤环行器5，光纤环行器5的两个输入端口分别接激光器6、光纤探测器7，谐振腔1对应于检测电极部分为全透明状态。

摘要： 本实用新型提出了一种短轴柄半球谐振子及半球谐振陀螺仪，主要解决现有半球谐振子加工难度大、加工周期长以及存在结构失效的问题。该短轴柄半球谐振子包括轴柄和壳体，壳体为半球罩体状结构，其套设在轴柄上，且与轴柄同轴设置；轴柄一端延伸至壳体外侧，另一端设置在壳体内部，其两侧的端面上均设置有环形装配凸台，用于增加装配的接触面积；轴柄在壳体内部的轴向长度为壳体内壁半径的1/3～1/2。上述半球谐振陀螺仪包括外壳、基座和短轴柄半球谐振子；外壳为半球罩体状结构，基座设置在外壳下方，与外壳形成一密封安装腔体，短轴柄半球谐振子设置在密封安装腔体内。