[發明專利]一種圓柱振動陀螺諧振子剛性軸方位及頻率裂解的確定方法

有效

• 申請號: 201410478427.2
• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN104236588A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 吳宇列;吳學忠;崔紅娟;吳小梅;席翔;張勇猛
• 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: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪;周長清

技術領域

本發明主要涉及到固體波動陀螺領域，特指一種適用于圓柱振動陀螺諧振子的剛性軸方位及頻率裂解的確定方法。

背景技術

陀螺是用于檢測物體角速度的裝置。圓柱振動陀螺是一類利用哥氏效應實現角速度測量的殼體振動陀螺。它的基本結構是由一個一端開口的圓柱殼1和一個支撐柄2構成，如圖1(a)所示。

圓柱振動陀螺的基本工作原理如下：陀螺的圓柱殼1在工作頻率的激勵力下，產生以駐波形式振動的驅動振型，如圖1(b)所示。當外界存在角速度輸入時，由于哥氏力的作用，在與驅動振型相隔45°的位置將出現新的駐波振動，如圖1(c)所示。這個駐波振動的幅值大小與角速度的大小成正比關系，通過檢測此駐波幅值便可確定角速度。

一般將表示圓柱殼1駐波振動方位的軸系成為剛性軸。第一剛性軸3和第二剛性軸4分別對應驅動振型的駐波與檢測振型的駐波。對于一個完全理想的陀螺諧振子，驅動振型的頻率和檢測振型的頻率一致，剛性軸的方位也和激勵位置一致。但實際上由于制造誤差，諧振子并非理想對稱。因此，驅動振型的頻率和檢測振型的頻率不一致(它們之間的頻率差稱為頻率裂解)，剛性軸的方位也和誤差相關。因此，檢測諧振子的剛性軸的方位、頻率裂解等相關信息對陀螺的研究十分重要。以往的方法是要通過激光測振儀等實驗設備來確定諧振子的振動，但設備十分昂貴，而且效率較低。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種原理簡單、操作簡便、效率高的圓柱振動陀螺諧振子剛性軸方位及頻率裂解的確定方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種圓柱振動陀螺諧振子剛性軸方位及頻率裂解的確定方法，其步驟為：

(1)在諧振子邊緣輕敲，產生駐波振動并發出聲響，記錄下來作為音頻信號；

所述駐波振動是由沿著第一剛性軸和第二剛性軸的駐波疊加而成，設合成駐波的幅值為A，沿第一剛性軸的駐波幅值為A₁，沿第二剛性軸的駐波幅值為A₂，參數φ為敲擊位置與坐標軸的夾角，θ為第一剛性軸與坐標軸的夾角，駐波振動I的諧振頻率為ω₁，駐波振動II的諧振頻率為ω₂，阻尼為ζ，得到合成駐波的振動形式：

(2)根據上述合成駐波的振動形式進行分析，通過分析擬合確定式中的參數，式中的φ-θ項確定了諧振子的剛性軸方位；Δω＝ω₁-ω₂反應了諧振子的頻率裂解；為駐波疊加后的相位變化。

作為本發明的進一步改進：在步驟(2)中，當剛性軸方位角φ-θ為0時，合成之后的駐波振動的幅值會均勻衰減；當剛性軸方位角φ-θ不為0時，合成之后的駐波振動幅值衰減會呈現周期性的振蕩；振蕩的周期反應了諧振子的頻率裂解，頻率裂解越大，幅值振蕩的越快；波峰和波谷的差值反應了剛性軸的方位，剛性軸的方位角的正弦值越大，波峰和波谷的差值越大。

作為本發明的進一步改進：聲波的幅值衰減反應了式中的ζ項；波結之間的距離反應了式中的Δω項；波峰波谷之間的差別反應了式中的sin[4(φ-θ)]項。

作為本發明的進一步改進：在所述步驟(1)使用麥克風錄音設備將駐波聲響信號錄下。

與現有技術相比，本發明的優點在于：本發明的圓柱振動陀螺諧振子剛性軸方位及頻率裂解的確定方法，原理簡單、操作簡便、效率高，只需要通過敲擊諧振子，產生聲波，然后對聲波進行分析便可方便快捷的得到諧振子的振動信息，判別剛性軸方位和頻率裂解，成本極小。

附圖說明

圖1是圓柱振動陀螺及其工作原理的示意圖。

圖2是陀螺駐波振動疊加的原理示意圖。

圖3是各諧振子的駐波圖形示意圖。

圖4是本發明方法的流程示意圖。

圖5是本發明在具體應用實例中利用聲波圖形判斷的諧振子振動方位、頻率裂解的示意圖。

具體實施方式

以下將結合說明書附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。

如圖4所示，本發明的圓柱振動陀螺諧振子剛性軸方位及頻率裂解的確定方法，檢測過程為：

(1)在諧振子邊緣輕敲，發出駐波聲響，記錄下來作為音頻信號；在具體應用時，可以使用麥克風錄音設備將上述駐波聲響信號錄下；

(2)將步驟(1)所采集到的音頻信號以文件的形式導入到處理系統中，通過分析，擬合確定式(3)中的參數，諧振子的剛性軸方位、頻率裂解也就確定下來。