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1、(10)申请公布号 CN 103047978 A (43)申请公布日 2013.04.17 CN 103047978 A *CN103047978A* (21)申请号 201210546254.4 (22)申请日 2012.12.17 G01C 19/56(2012.01) (71)申请人 北京信息科技大学 地址 100101 北京市朝阳区北四环中路 35 号北京信息科技大学 申请人 北京理工大学 (72)发明人 刘洪 李擎 付梦印 苏中 邓志红 刘宁 (74)专利代理机构 北京市合德专利事务所 11244 代理人 王文会 刘榜美 (54) 发明名称 一种钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解 抑。
2、制方法 (57) 摘要 本发明公开了了一种钟形振子式角速率陀螺 谐振子频率裂解抑制方法， 该方法包括 ：（1） 测量 已加工钟形振子的实际振型 ；（2） 测量已加工钟 形振子的实际频率裂解值 ；（3） 建立有限元模型， 仿真钟形振子频率裂解 ；（4） 进行仿真实验， 确定 切槽方位与切槽深度。本方法有效抑制了钟形振 子的频率裂解， 提高了钟形振子的整体性能， 大大 缩短了钟形振子的设计周期， 从而缩短了整个钟 形振子式角速率陀螺开发的时间， 为钟形振子式 角速率陀螺的合理设计提供了依据。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产。
3、权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 6 页 1/1 页 2 1. 一种钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法， 该方法包括 ： （1） 测量已加工钟形振子的实际振型 ； （2） 测量已加工钟形振子的实际频率裂解值 ； （3） 建立有限元模型， 仿真钟形振子频率裂解 ； （4） 进行仿真实验， 确定切槽方位与切槽深度。 2. 根据权利要求 1 所述的钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法， 其特征在 于 ： 在步骤 （1） 中， 利用激光测振仪测试钟形振子的振型， 计算出驱动模态振型因频率裂解 影响相对于激励电极偏转的角度。 3. 根据权利要求 1 所述。
4、的钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法， 其特征在 于 ： 在步骤 （2） 中， 通过对谐振子扫频得到谐振子的频率裂解值， 并获得驱动模态频率和敏 感模态频率。 4. 根据权利要求 1 所述的钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法， 其特征在 于 ： 在步骤 （3） 中， 建立钟形振子的有限元模型， 仿真钟形振子频率裂解， 通过向振子内壁 添加额外质量块来模拟有缺陷的钟形振子的频率裂解情况。 5. 根据权利要求 1 所述的钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法， 其特征 在于 ： 在步骤 （4） 中， 综合激光测振仪、 扫频仪的测试结果及仿真结果， 仿真激励模态和检 测模态的固有。
5、频率， 确定在钟形振子内壁上相对激励电极的边缘处沿顺时针在 33.75， 50.25， 123.75， 156.53， 213.75， 230.25， 303.75， 335.85方向上各切宽度为 1mm， 深度为 0.4mm 的槽。 权 利 要 求 书 CN 103047978 A 2 1/3 页 3 一种钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法 技术领域 0001 本发明属于角速率陀螺技术领域， 具体涉及一种钟形振子式角速率陀螺谐振子频 率裂解抑制方法。 背景技术 0002 陀螺作为敏感载体角运动的惯性器件， 是惯性导航、 制导的核心部件。 基于哥氏力 原理的振动陀螺具有所有的惯性品质，。
6、 其在惯性技术领域的地位越来越重要， 已被人们当 作新一代的惯性仪表而受到广泛的关注。在科学技术发展和市场需求的推动下， 各种振动 陀螺相继出现。 0003 专利号为 ： ZL201010215745.1， 发明名称为 “钟形振子式角速率陀螺” 的专利申请 提供了一种钟形振子式角速率陀螺， 该钟形振子式角速率陀螺是一种基于哥氏力原理的振 动陀螺。 目前， 设计出来的钟形振子由于材料密度、 杨氏模量、 加工精度等原因， 存在频率裂 解。而频率裂解的值将直接影响到钟形振子的性能， 该值如果过大会导致钟形振子不具有 陀螺效应。 故急需一种钟形振子频率裂解的抑制方法， 能够减小频率裂解， 从而降低研发。
7、成 本， 缩短研制周期， 提高钟形振子式角速率陀螺整体性能。 发明内容 0004 本发明的目的是为了减小钟形振子的频率裂解， 提出一种钟形振子式角速率陀螺 谐振子频率裂解抑制方法， 该方法为实际钟形振子的加工与制作提供有效依据， 缩短了钟 形振子的设计周期， 从而缩短了整个钟形振子式角速率陀螺的开发时间， 同时还大大提高 了钟形振子式角速率陀螺的整体性能。 0005 为了解决上述技术问题， 本发明采用的技术方案是 ： 一种钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法， 包括以下步骤 ： 步骤 1， 测量已加工钟形振子的实际振型 ； 步骤 2， 测量已加工钟形振子的实际频率裂解值 ； 步骤 3， 。
8、建立有限元模型， 仿真钟形振子频率裂解 ； 步骤 4， 进行仿真实验， 确定切槽方位与切槽深度。 0006 与现有技术相比， 本发明的有益效果是 ： （1） 本发明提供的钟形振子式角速率陀螺控振子频率裂解抑制方法， 利用测量与仿真 相结合的方式， 有效的减小了钟形振子的频率裂解 ； （2） 本发明提供的钟形振子式角速率陀螺振子振子频率裂解抑制方法提高了验证分 析能力和准确性， 为钟形振子的合理设计提供了依据 ； （3） 本发明提供的钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法， 通过对钟形振子 的振动分析， 得出钟形振子具体修改方案， 从而缩短了研制周期 ； （4） 本发明提供的钟形振子式角速率。
9、陀螺谐振子频率裂解抑制方法可以得到指导设 计的有效分析数据， 方便设计人员总结出抑制频率裂解的经验， 从而归纳形成设计的规范 说 明 书 CN 103047978 A 3 2/3 页 4 和标准。 附图说明 0007 图 1 为钟形振子式角速率陀螺谐振子频率裂解抑制方法流程图 ； 图 2 为钟形振子振型曲线图 ； 图 3 为钟形振子激励模态下扫频曲线 ； 图 4 为钟形振子检测模态下扫频曲线 ； 图 5 为钟形振子有限元模型 ； 图 6 为钟形振子切槽效果图 ； 图 7 为钟形振子切槽后激励模态下有限元仿真图 ； 图 8 为钟形振子切槽后检测模态下有限元仿真图。 具体实施方式 0008 钟形振。
10、子式角速率陀螺的原理是利用发生谐振的钟形振子旋转时引起的振型角 度的进动， 来确定陀螺基座绕惯性空间旋转的角度。根据钟形振子式角速率陀螺的运行原 理与振动理论可知， 钟形振子的正常工作， 需要维持振动幅值与频率的稳定， 同时需要对钟 形振子工作产生的误差进行有效抑制。为使钟形振子能产生环向波数n=2的理想振型， 必 须准确地控制钟形振子的激振频率、 振动振型， 并在有角速率输入情况下维持振子的正常 工作， 提供控制力矩， 解算输入角速率。因此我们就要对钟形振子的控制回路进行合理设 计， 使得到的钟形振子能产生理想振型， 从而敏感输入角速率。 0009 本发明提供的钟形振子式角速率控制回路仿真方。
11、法的流程如图 1 所示， 具体如 下 ： 步骤 1， 测量已加工钟形振子的实际振型 ； 利用激光测振仪测试钟形振子的振型， 其振型振动曲线如图 2 所示。图中红色四波腹 图形为驱动模态， 蓝色四波腹为敏感模态， 两者相差 45。可以看出， 驱动模态振型由于频 率裂解的影响相对激励电极 1（6-2） 偏转了约 15。 0010 步骤 2， 测量已加工钟形振子的实际频率裂解值 ； 通过对谐振子扫频得到谐振子的频率裂解值， 其测量的两组曲线如图3和图4所示。 可 见， 驱动模态频率是 6197.10Hz， 敏感模态频率是 6212.33Hz 频率裂解为 15.Hz。 0011 步骤 3， 建立有限元。
12、模型， 仿真钟形振子频率裂解 ； 建立钟形振子的有限元模型， 仿真钟形振子频率裂解， 通过向振子内壁添加额外质量 块 （5-1） ， 来模拟有缺陷的钟形振子的频率裂解情况， 如图 5 所示。其中， 驱动模态频率是 6197.10Hz， 敏感模态频率是 6212.33Hz 频率裂解为 15.53Hz。 0012 步骤 4， 进行仿真实验， 确定切槽方位与切槽深度。 0013 在步骤 3 的有限元模型基础上， 加入开槽状态的有限元模型， 如图 6 所示， 并进行 仿真。综合激光测振仪、 扫频仪的测试结果和仿真结果， 通过实验方法， 仿真激励模态和检 测模态的固有频率， 如图 7 和图 8 所示。最。
13、终确定在钟形振子 （6-1） 内壁上相对激励电极 1（6-2） 的边缘处， 沿顺时针在 33.75（6-3） ， 50.25（6-4） 123.75（6-5） ， 156.53 （6-6） ， 213.75（6-7） ， 230.25（6-8） ,303.75（6-9） ， 335.85（6-10） 方向上各切 说 明 书 CN 103047978 A 4 3/3 页 5 宽度为 1mm， 深度为 0.4mm 的槽， 结果如下 ： 驱动模态频率是 6208.68Hz， 敏感模态频率是 6209.24Hz 频率裂解 0.56Hz。 0014 本发明的目的是为了减小钟形振子的频率裂解， 提出一种钟。
14、形振子式角速率陀螺 谐振子频率裂解抑制方法， 该方法为实际钟形振子的加工与制作提供有效依据， 缩短了钟 形振子的设计周期， 从而缩短了整个钟形振子式角速率陀螺的开发时间， 同时还大大提高 了钟形振子式角速率陀螺的整体性能， 除此之外还可得到指导设计的有效分析数据， 方便 设计人员总结出抑制频率裂解的经验， 从而归纳形成设计的规范和标准。 0015 最后应说明的是， 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制， 尽管参照 较佳实施例对本发明进行了详细说明， 本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的 技术方案进行修改或者等同替换， 而不脱离本发明技术方案的精神和范围， 其均应涵盖在 本发明的权利要求范围当中。 说 明 书 CN 103047978 A 5 1/6 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 103047978 A 6 2/6 页 7 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103047978 A 7 3/6 页 8 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103047978 A 8 4/6 页 9 图 6 说 明 书 附 图 CN 103047978 A 9 5/6 页 10 图 7 说 明 书 附 图 CN 103047978 A 10 6/6 页 11 图 8 说 明 书 附 图 CN 103047978 A 11 。