[發明專利]鐘形振子式角速率陀螺振子結構設計方法

有效

• 申請號: 201110117526.4
• 申請日: 2011-05-09
• 公開（公告）號: CN102254058A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 蘇中;李擎;范軍芳;劉寧;劉洪
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G01C19/56;G01P9/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于角速率陀螺技術領域，具體涉及一種鐘形振子式角速率陀螺的振子結構設計方法。

背景技術

陀螺作為敏感載體角運動的慣性器件，是慣性導航、制導的核心部件?；诟缡狭υ淼恼駝油勇菥哂兴械膽T性品質，其在慣性技術領域的地位越來越重要，已被人們當作新一代的慣性儀表受到廣泛的關注。在科學技術發展和市場需求的推動下，各種振動陀螺相繼出現。

申請號為：201010215745.1，發明名稱為：鐘形振子式角速率陀螺的專利申請提供了一種鐘形振子式角速率陀螺，該鐘形振子式角速率陀螺是一種基于哥氏力原理的振動陀螺，其敏感器件采用熔融石英材料的鐘形諧振子。目前，基于該鐘形振子式角速率陀螺的振子設計，是依靠經驗判斷法和試湊法得來的，這兩種方法研發成本高，研制周期長。

發明內容

本發明的目的是為了克服經驗判斷法和試湊法設計的鐘形振子式角速率陀螺振子的研發成本高、研制周期長等缺點，提供一種鐘形振子式角速率陀螺振子結構設計方法，該方法縮短了鐘形振子的設計周期，從而縮短了整個鐘形振子式角速率陀螺的開發時間。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種鐘形振子式角速率陀螺振子結構設計方法，包括以下步驟：

步驟1，建立鐘形振子的有限元模型；

步驟2，對鐘形振子的振動特性進行分析，得到鐘形振子的固有振動頻率和相關振型；通過低階模態有限元分析方法得到鐘形振子的固有頻率及其振型，選取四波腹振型對應的頻率作為鐘形振子的激勵頻率，對鐘形振子進行激勵，得到有效的四波腹振型；

步驟3，提取鐘形振子的結構參數，得到鐘形振子的各參數對鐘形振子固有頻率的影響規律；

步驟4，根據鐘形振子的各參數對鐘形振子固有頻率的影響規律，優化鐘形振子的結構參數，獲得鐘形振子結構的設計參數。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

(1)本發明提供的鐘形振子式角速率陀螺振子結構設計方法利用有限元分析方法得到鐘形振子的振動特性，為鐘形振子敏感信號的提取奠定了基礎；

(2)本發明提供的鐘形振子式角速率陀螺振子結構設計方法提高了驗證分析能力和準確性，為鐘形振子的合理設計提供了依據；

(3)本發明提供的鐘形振子式角速率陀螺振子結構設計方法通過有限元分析方法得到鐘形振子的相關特性，從而優化了鐘形振子式角速率陀螺振子的設計方案，提高了鐘形振子制作的成功率，節約了產品材料；

(4)本發明提供的鐘形振子式角速率陀螺振子結構設計方法可以得到指導設計的有效分析數據，方便設計人員總結出結構設計的經驗，從而歸納形成設計的規范和標準。

附圖說明

圖1為鐘形振子式角速率陀螺振子結構設計方法流程圖；

圖2為鐘形振子參數示意圖；

圖3為鐘形振子俯視圖；

圖4為鐘形振子有限元模型前視圖；

圖5為鐘形振子有限元模型仰視圖；

圖6為鐘形振子左右晃動振型前視圖；

圖7為鐘形振子左右晃動振型仰視圖；

圖8為鐘形振子傾斜晃動振型前視圖；

圖9為鐘形振子傾斜晃動振型仰視圖；

圖10為鐘形振子上下晃動振型前視圖；

圖11為鐘形振子上下晃動振型仰視圖；

圖12為鐘形振子四波腹振型前視圖；

圖13為鐘形振子四波腹振型仰視圖；

圖14為鐘形振子旋轉振型前視圖；

圖15為鐘形振子旋轉振型仰視圖；

圖16為鐘形振子六波腹振型前視圖；

圖17為鐘形振子六波腹振型仰視圖；

圖18(a)～18(h)為鐘形振子各結構參數與四波腹振型振動頻率間的關系圖。

具體實施方式

鐘形振子式角速率陀螺的原理是利用發生諧振的鐘形振子旋轉時引起的振型角度的進動，來確定陀螺基座繞慣性空間旋轉的角度。為使鐘形振子能產生環向波數n＝2的理想振型，必須準確地控制鐘形振子的激振頻率，而這一頻率正是鐘形振子在該振型下的固有頻率，因此我們就要對鐘形振子的結構進行合理設計，使得到的鐘形振子能產生理想振型。

根據振動理論可知，鐘形振子固有頻率和振型只與鐘形振子的剛度特性和質量分布有關，因此，可利用有限元分析方法得到鐘形振子的固有頻率和振型。

本發明提供的鐘形振子式角速率陀螺振子結構設計方法的流程如圖1所示，具體如下：

步驟1，建立鐘形振子的有限元模型；