[發明專利]一種利用雙節點電極消除圓柱殼體陀螺溫度漂移的方法

有效

• 申請號: 201410478731.7
• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN104215234B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 吳宇列;吳學忠;崔紅娟;肖定邦;張勇猛;席翔;吳小梅
• 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: G01C19/5677
• 分類號: G01C19/5677
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙)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，特指一種利用雙節點電極消除圓柱殼體陀螺溫度漂移的方法。

背景技術

圓柱殼體振動陀螺是利用軸對稱圓柱殼體中彈性波的慣性效應實現角速動測量，其具有固體波動陀螺特有的精度高、能耗小、準備時間短、抗電離輻射能力強、抗沖擊振動好、使用壽命長等優點，所以發展和應用前景極為廣闊。

圓柱殼體振動陀螺的工作原理為：給其諧振子支撐梁上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帶動支撐梁振動，使振動傳遞到諧振環，激勵出如圖1所示的諧振子的第一模態。由圖1可見，諧振子的第一模態為環向波數為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第二模態振動。諧振環第二模態的振動通過支撐梁傳遞到相互垂直的四個壓電檢測電極，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。

溫度漂移較大是圓柱殼體振動陀螺的主要缺陷，一般認為，圓柱殼體振動陀螺溫度漂移的原因是溫度變化引起了諧振子固有剛性軸的偏轉。對于理想諧振子來說，諧振子的剛性軸可為任意直徑；但是，由于加工誤差和諧振子材料的非均勻性，實際諧振子的剛性軸為一確定的直徑。當溫度變化時，諧振子的尺寸、質量分布、材料的彈性模量等參數均會發生變化，諧振子的剛性軸因此發生偏轉，導致波節點出的檢測電極產生額外輸出，該輸出即為溫度漂移。如圖3所示，為圓柱殼體振動陀螺的壓電電極分布圖，8片壓電電極均勻的分布于諧振子的底面，其中，1、3、5、7為驅動電極，2、4、6、8為檢測電極。為了使陀螺獲得更好的性能，通常將壓電電極貼于諧振子的固有剛性軸位置。當溫度發生變化時，由于諧振子發生變形，且諧振子材料的彈性模量等參數發生改變，諧振子的固有剛性軸因此而偏轉，檢測電極的輸出隨之發生變化，產生溫度漂移。

傳統的消除陀螺溫度漂移的方法是對陀螺進行溫度補償，由于溫度測量的遲滯效應，溫度補償的精度通常不高，且增加了系統的復雜程度，提高了成本。

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、易實現、實施成本低廉的利用雙節點電極消除圓柱殼體陀螺溫度漂移的方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種利用雙節點電極消除圓柱殼體陀螺溫度漂移的方法，其步驟為：

(1)將位于檢測節點位置的壓電電極設置為兩個電極，構成雙節點電極；這兩個電極位于檢測剛性軸的兩側，與檢測剛性軸形成一個較小的夾角，記這兩個電極之間的夾角為△θ；

(2)測量陀螺沒有角速度輸入時的電極信號V_ds、V_n1、V_n2，計算△θ：

式中，V_ds、V_n1、V_n2均為壓電電極的輸出信號；θ₀是電極與檢測剛性軸的夾角；△θ是兩電極之間的夾角，當溫度發生變化時△θ保持恒定大小；

(3)解算角速度:首先對雙節點電極的信號進行解調和低通濾波，然后根據濾波后的信號解算出角速度。

作為本發明的進一步改進：所述步驟(3)的流程為：

(3.1)將節點電極信號V_n1、V_n2用驅動軸檢測信號V_ds進行解調；

(3.2)將解調后得到的兩路信號進行低通濾波；

(3.3)根據濾波后的信號，用下式計算出與角速度成正比的量K2，進而解算出角速度：

其中，V₁、V₂分別為雙節點電極中電極1和2的信號解調并低通濾波后的信號幅值；驅動檢測軸的速度信號為：-V₀ωsin(ωt)。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

1、本發明在原理上消除了溫度變化對圓柱殼體振動陀螺輸出的影響，簡便易行，只需改變諧振子上壓電電極的分布方式，解算方法可方便的在數字處理電路中實現。

2、本發明利用雙節點電極的方式消除了溫度漂移，可從原理上消除圓柱殼體振動陀螺的溫度漂移，從根本上提高陀螺的溫度穩定性。

附圖說明

圖1是固體波動陀螺的諧振子的第一模態示意圖。

圖2是固體波動陀螺的諧振子的第二模態示意圖。