[發明專利]杯形波動陀螺杯形諧振子的非接觸驅動檢測系統及方法

有效

• 申請號: 201510252495.1
• 申請日: 2015-05-18
• 公開（公告）號: CN104848875B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 吳宇列;吳學忠;崔紅娟;席翔;張勇猛;周鑫;王劍秋
• 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: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 黃美成

技術領域

本發明涉及一種陀螺儀的諧振子的檢測方法，尤其涉及一種杯形波動陀螺杯形諧振子的非接觸驅動檢測系統及方法。

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。在現有條件下，可以利用激光測振儀對諧振子的振型進行測量，其精度高但是成本高昂，操作不便；也可粘貼壓電電極對諧振子的性能進行測試，但如果出現問題，就需要將壓電電極重新布置，反復的粘貼壓電電極操作復雜且容易對諧振子產生不利影響。

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，提供一種杯形波動陀螺杯形諧振子的非接觸驅動檢測系統及方法，成本低廉、操作簡便、檢測精度高且不會對諧振子的性能造成影響。

本發明的技術方案為：

杯形波動陀螺杯形諧振子的非接觸驅動檢測系統，包括諧振子6、轉臺11、支撐平臺10、轉臺電機1、封閉罩4和兩個封閉罩支承座3；

所述諧振子6通過其底部的安裝基座固連在所述轉臺11上，所述轉臺11設置于所述支撐平臺10上；所述轉臺電機1用于驅動所述轉臺11旋轉；

所述支撐平臺10上兩側各豎直設有一個封閉罩支承座3；

所述封閉罩4通過一矩形桿架設在兩個封閉罩支承座3上；所述封閉罩4采用底部設有開口的空心圓柱形結構，封閉罩4通過其底部的開口罩在所述諧振子6上；

所述封閉罩4的罩壁的下部周向設有六個開孔；其中兩個開孔設于封閉罩4的下部第一直徑的兩端，該兩個開孔處各布置有一塊電磁鐵9；

剩余四個開孔中，兩個開孔設于封閉罩4的下部與第一直徑相垂直的第二直徑的兩端；另兩個開孔設于封閉罩的下部與第一直徑夾角為45°的第三直徑的兩端；所述剩余四個開孔處各布置有一塊麥克風芯片5；

所述電磁鐵9用于使諧振子6發生共振，激勵出驅動模態；

所述麥克風芯片5用于檢測諧振子6的波節點與波腹點的振動。

所述兩個封閉罩支承座3與支撐平臺10分別通過兩個高度調整螺釘7連接，所述高度調整螺釘7用于調整封閉罩支承座相對于支撐平臺的高度，從而調整封閉罩4的高度；

兩個封閉罩支承座3的上端相應位置設有水平通孔，所述矩形桿的兩端分別與所述兩個水平通孔的內側形成間隙配合；所述兩個水平通孔的外側各設有一個對中調整螺釘2；所述對中調整螺釘用于推動所述矩形桿水平移動，從而調整封閉罩在兩個封閉罩支承座之間的橫向位置，使得封閉罩的中心線與諧振子的中心線重合；

所述兩個封閉罩支承座的頂部各設有一個緊固螺釘8，防止矩形桿和封閉罩橫向移動。

對所述兩個電磁鐵9中有施加交流電壓，交流電壓的頻率為諧振子的諧振頻率，交流電壓的有效值為電磁鐵的額定工作電壓。

所述兩塊電磁鐵9由鐵鎳合金材料制成。

所述兩塊電磁鐵9的鐵芯橫截面直徑小于2mm。

一種杯形波動陀螺杯形諧振子的非接觸驅動檢測方法，采用上述的杯形波動陀螺杯形諧振子的非接觸驅動檢測系統；

所述非接觸驅動檢測方法為：

向兩個電磁鐵9中施加交流電壓，其電壓頻率為諧振子的諧振頻率，電壓有效值為電磁鐵的額定工作電壓；檢測各個麥克風芯片5輸出的音頻信號電壓大小，從而確定諧振子的振幅分布情況，即振型。

在檢測之前，先松開緊固螺釘8，然后通過對中調整螺釘2調整封閉罩在兩個封閉罩支承座之間的橫向位置，使得封閉罩的中心線與諧振子的中心線重合，最后擰緊緊固螺釘，固定封閉罩在兩個封閉罩支承座連線方向的位置。