一種直接輸出頻率諧振式陀螺研究系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種直接輸出頻率諧振式陀螺研宄系統，屬于直接輸出頻率諧振式陀 螺理論研宄和實驗驗證領域。
【背景技術】
[0002] 陀螺是實現在慣性空間測量旋轉角速度或角位移的裝置。在當今科學技術領域具 有極其重要的地位，在國民經濟發展和國防現代化建設中發揮著重要作用。陀螺技術及應 用的水平很大程度上反映著信息技術的水平，也影響著科學技術的發展與進步。
[0003] 對于諧振式陀螺，最早最簡單的結構形式就是傅科擺（Foucault pendulum)。為了 證明地球在自轉，傅科于1851年在巴黎國葬院的大廳里做了一次成功的復合周期式擺動 實驗，從而有力地證明了地球是在自轉，傅科擺由此而得名。
[0004] 本發明研宄的頻率型微陀螺，基于被測旋轉角速度改變了復合敏感結構的等效剛 度，通過改變等效剛度實現對復合敏感結構頻率的變化，即可以通過敏感結構自身的諧振 頻率與被測角速度的內在關系實現測量。因為頻率信號是數字信號，抗干擾能力強，信號處 理方便，無需A/D或V/F變換，這就從根本上解決了上面提到的自身抗干擾弱的問題，測量 精度可望大大提高。因此，頻率型微陀螺成為諧振式微機械陀螺的發展重點與熱點。
[0005] 頻率型微陀螺的原理模型最早由加州大學伯克利分校的A. A. Seshia在2002年的 IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems 國際會議上提 出的，報告中還給出實驗樣件和初步測試結果，但沒有相關的較為深入的理論研宄內容。隨 后一些高等院校和科研機構也對相關研宄做了零星報道，多是陀螺結構與原理的簡單定性 描述，針對諧振子振動特性的深入研宄一直未見公開報道。
[0006] 直接輸出頻率陀螺的動力學方程可用mathieu方程表示，如公式（1)所示：
【主權項】
1. 一種直接輸出頻率諧振式陀螺研宄系統，其特征在于：包括信號激勵單元（1)、磁致 伸縮作動器（2)、諧振子（3)、信號檢測單元（4)和底座（5);信號激勵單元（1)包括微控 制單元（11)、信號發生器（12)、功率放大器（13);諧振子（3)包括諧振音叉（31)、連接桿 (32)、拉力彈簧（33)、支撐架（34);信號檢測單元（4)包括示波器（41)、頻譜儀（42)、計算 機（43);信號激勵單元（1)根據實驗目的，由微控制器（11)生成目標信號至信號發生器 (12)，該目標信號為正弦驅動信號或者瞬變激勵信號，經信號發生器（12)輸出對應的模擬 信號，然后經過功率放大器（13)輸出可驅動磁致伸縮作動器（2)的功率信號；信號激勵單 元（1)產生的驅動信號輸入至磁致伸縮作動器（2)的激勵線圈，同時給偏置線圈加載一定 的偏置電流，產生偏置磁場，在激勵磁場和偏置磁場共同作用下，磁致伸縮棒產生與驅動信 號對應的形變，從而帶動連接桿（32)運動，從而作用于諧振子（3)的可動端；諧振音叉（3) 在外力作用下，其固有諧振頻率隨著外作用力的改變而改變，磁致伸縮作動器（2)、諧振子 (3)固定在底座（5)，并保持磁致伸縮作動器（2)的中心軸與諧振子（3)軸中心在一條直線 上。
2. 根據權利要求1所述的一種直接輸出頻率諧振式陀螺研宄系統，其特征在于：所述 諧振子（3)包括諧振音叉（31)、壓力彈簧（32)、固定支架（33)、調節螺母（34)組成；諧振 音叉（31) -端固定在底座上，另一端由壓力彈簧（32)固定在固定支架（33)上，通過壓力 彈簧（32)加載一定的軸向預緊力在音叉可動端，實現諧振音叉（31)的初始應力設置。
3. 根據權利要求1所述的一種直接輸出頻率諧振式陀螺研宄系統，其特征在于：所述 的磁致伸縮作動器（2)中的磁致伸縮棒應為磁致伸縮材料或者超磁致伸縮材料制備。
【專利摘要】本發明公開了一種直接輸出頻率諧振式陀螺研究系統，主要應用于直接輸出頻率諧振式陀螺的理論與實驗研究，包括磁致伸縮作動器、諧振子、信號激勵單元、信號檢測單元。信號激勵單元根據諧振式陀螺質量塊在科氏力作用下的力學特征產生正弦波驅動信號作用于磁致伸縮作動器，令其在軸向方向上施加交變的正弦力，并作用于諧振子的可動端，諧振子的固有諧振頻率隨之改變，從而實現了直接輸出頻率諧振式陀螺的原理和功能驗證，可通過改變驅動單元的輸出信號來模擬陀螺在不同結構模型、不同角速率輸入、不同諧振子的工作特性，并且可通過輸入非線性驅動信號來獲得陀螺在非線性信號輸入時的非線性動態特征，為陀螺的非線性研究提供有效的研究方法和實驗平臺。
【IPC分類】G01C25-00
【公開號】CN104677383
【申請號】CN201510105202
【發明人】樊尚春, 曹樂, 郭占社
【申請人】北京航空航天大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月11日