[發明專利]杯形波動陀螺的杯形諧振子及其機械平衡方法

有效

• 申請號: 201010203042.7
• 申請日: 2010-06-18
• 公開（公告）號: CN101846517A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 吳學忠;陶溢;崔紅娟;肖定邦;吳小梅;陳志華;席翔
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01C19/56
• 分類號: G01C19/56
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪;楊斌

技術領域

本發明涉及一種陀螺儀的諧振子及其平衡方法，尤其涉及一種固體波動陀螺的諧振子及其諧振頻率、振型的調節方法。

背景技術

杯形波動陀螺是一種新型固體波動陀螺，利用杯形結構中彈性波的慣性效應實現角速動測量。杯形波動陀螺具有固體波動陀螺特有的精度高、能耗小、準備時間短、工作溫度范圍大、抗電離輻射能力強、抗沖擊振動好、使用壽命長等優點，發展和應用前景極為廣闊。

杯形波動陀螺的工作原理為：給其諧振子底面相互垂直的四個壓電激勵電極施加交流電壓，由逆壓電效應產生的電極振動通過傳振結構傳遞到諧振環，激勵出如圖1所示的諧振子的驅動模態，由圖1可見，諧振子的驅動模態為環向波數為2的駐波，其中波腹點處的振幅最大，波節點處的振幅為零，波腹點連線構成固有剛性軸系；當有軸向角速度輸入時，諧振環在哥氏力的作用下產生如圖2所示的另一固有剛性軸系的檢測模態振動，諧振環檢測模態下的振動通過傳振結構傳遞到相互垂直的四個壓電敏感電極，由壓電效應產生的敏感信號經過電路和軟件處理即可得到輸入角速度。

然而，在杯形波動陀螺的制造過程中，杯形波動陀螺諧振子的加工誤差會導致諧振子的振型偏移和固有頻率裂解，這直接影響了杯形波動陀螺的精度及靈敏度。因此，在其諧振子制造完成之后，通常需要對諧振子進行平衡調節，這種工作將延長產品制造周期，增加成本。傳統的普通諧振子調平是在諧振子的邊緣去除一定質量的振動部分材料，修形手段比較單一，對修形設備的要求極高，且諧振子需要調節的頻率差值越小，對去除的材料量要求越少，操作難度大，調節時間長，經濟性不好；而對于杯形諧振子的平衡方法尚在研究之中，未見有相關報道。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種結構簡單、適于對諧振頻率及振型精細調節的杯形波動陀螺的杯形諧振子，還提供一種操作簡單、加工方便、精度高、效率高、成本小的杯形波動陀螺的杯形諧振子的機械平衡方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種杯形波動陀螺的杯形諧振子，所述杯形諧振子包括一圓筒形側壁和固接于側壁底部的圓形底盤，所述側壁包括上部的諧振環和下部的傳振部，所述底盤中心設有一安裝底座，所述諧振環頂部沿圓周方向均勻布設有若干個修形槽(修形槽的數量一般為8的倍數)，所述安裝底座外圍的底盤上均勻布設有若干個修形孔(修形孔的數量一般為8的倍數)。所述修形槽和修形孔的數量并無嚴格要求，本領域人員可根據不同杯形諧振子的形狀、尺寸及加工難度和加工成本的要求，自行確定修形槽和修形孔的數量，比較常用的開孔(槽)數量可以為8個、16個或32個等等。

上述杯形波動陀螺的杯形諧振子的工作原理為：所述諧振環通過傳振部與底盤相連接，在底盤的相鄰兩個修形孔之間貼有壓電電極，激勵壓電電極的振動通過傳振部傳遞到諧振環，激勵諧振環在工作模態諧振，諧振環的振動也通過傳振部傳遞到底盤的檢測壓電電極。

作為一個總的技術構思，本發明還提供一種針對上述杯形波動陀螺的杯形諧振子的機械平衡方法，包括以下步驟：首先，對所述杯形諧振子進行靜平衡調節，使該杯形諧振子的質心與杯形諧振子的理想中心軸相重合；然后，對所述杯形諧振子的諧振環進行修形，使杯形諧振子的工作模態頻率差值減小到可通過后續的底盤再修形進行調節的誤差范圍內；再對所述杯形諧振子的底盤進行再修形，使杯形諧振子的頻率差值進一步減小到期望值范圍內；最后，通過對所述杯形諧振子的底盤進行終修形，使杯形諧振子的振型與期望方向一致。可見，本發明的機械平衡方法是一種諧振環修形與底盤修形相結合的機械平衡方法。

上述的機械平衡方法中，所述靜平衡調節是選擇在杯形諧振子底盤的修形孔處進行擴孔操作，以確保杯形諧振子的質心在理想中心軸上。所述靜平衡調節的具體操作優選是：根據所述杯形諧振子的質心偏移情況，對所述底盤上的不同修形孔進行擴孔操作。需要選擇修形的修形孔的數量與位置將依據杯形諧振子的質心偏移情況而定，質心偏移越大，可能需要的修形量越多。值得提及的是，所述安裝底座主要起安裝固定作用，其并不是杯形波動陀螺的有效振動部分，因此不應將安裝底座計算在杯形諧振子的有效總重量中。對修形孔進行修形的方法并不僅限于上述優選的擴孔操作，其實也可以是以其他一些不規則形狀去除材料，但這可能會帶來修形成本上的增加。