电磁悬浮微陀螺概述

微陀螺具有体积小、 功耗低等优点,但其精度目前仍然较低.在传统陀螺中,电磁悬浮陀螺的精度非常高,因此,对电磁悬浮微陀螺进行研究,有望获得高精度的微陀螺.介绍了电磁悬浮微陀螺的分类、 原理、 优缺点、 结构以及研究现状.首先根据悬浮原理将电磁悬浮微陀螺分为基于磁吸力的电磁悬浮微陀螺、 基于排斥力的电磁悬浮微陀螺、 静电悬浮微陀螺、反磁悬浮微陀螺和超导磁悬浮微陀螺;然后分别介绍了每种电磁悬浮的悬浮原理和优缺点,以及每种电磁悬浮微陀螺的发展现状、 样机结构和转子的悬浮旋转原理;最后,简述了电磁悬浮微陀螺的发展前景.     

MEMS静电悬浮陀螺仪悬浮支承控制器设计

以MEMS静电悬浮陀螺仪敏感结构为研究对象,针对陀螺仪转子运动模型非线性和参数不确定的特点,采用自适应模糊PID控制策略设计了陀螺仪转子五自由度悬浮支承控制器.将MAT-LAB中Fuzzy模块和Simulink模块结合,对支承控制器进行仿真,结果表明,控制器的开、闭环频域特性以及刚度特性等均满足稳定性要求,且表现出良好的稳态和动态性能.     

地面静电加速度计的位移检测电路设计

高精度静电悬浮加速度计可作为海空重力测量仪器中的核心传感器,检验质量的位移检测电路是加速度计控制系统的核心,其精度直接影响了加速度计零偏和标度因数的稳定性,因此需要研究分辨率高、噪声小的位移检测系统。针对高精度静电悬浮加速度计的地面应用需求,以大表面积质量比的敏感探头结构为测量对象,设计了基于差动电容的位移检测电路,建立了电容检测电路的数学模型,对电路误差源进行了系统分析。实验结果表明,该电路能够有效地抑制悬浮高压引入的耦合误差,减小电路噪声。当电路工作在零点附近,20kHz内的噪声小于2×10-6V/Hz1/2,对应电容检测分辨率为2.93×10-5pF/Hz1/2,能够满足地面应用静电加速度计对位移测量精度的要求。     

静电悬浮微机械加速度计检测电路设计

静电悬浮微机械加速度计通过静电力把质量块无接触的悬浮起来,具有极高的分辨率.一般采用差动电容式位移检测的方式来精确检测质量块在电极腔内的运动,然后在通过悬浮控制系统来实现六自由度的有源悬浮.针对该电容的检测,本文介绍了一种基于环形二极管解调的单频载波公共激励电极电容式多路位移检测方案,并进行了设计仿真与实验测试,实验测...     

硅微静电悬浮陀螺微位移检测电路噪声分析

硅微静电悬浮惯性仪表主要面向空间应用,如卫星无拖曳控制,星载重力测量等,具有潜在分辨率高、功耗低、体积小、多轴集成等特点。仪表的高分辨率实现对检测电路的噪声提出了较高要求。本文以硅微静电悬浮陀螺仪单频调幅电容式微位移检测电路为例,从电路外部干扰噪声耦合机理及抑制、电路内部噪声分析及优化两个方面,给出了电源耦合噪声、电路温度特性以及放大器电路噪声分析优化等方面的理论推导、仿真及实验验证。     

海上动态条件下静电陀螺监控器启动技术

静电陀螺监控器在航天测量船列装是该设备在国内首次被应用于大型水面舰艇。在此之前其设计方案以及启动策略全部针对于水下舰艇,对于航天测量船而言没有任何经验可以借鉴。因此,探索静电陀螺监控器在海上动态条件下的高精度启动技术成为了当前该设备在航天测量船应用中的主要问题。针对该问题,通过分析静电陀螺监控器启动的关键过程,结合设备工作原理,重点对海上动态条件下静电陀螺监控器的启动技术和相关参数进行了研究,实现了静电陀螺监控器在海上动态条件下的高精度启动。该技术目前已经成熟并且成功应用于测量船测控任务。     

静电悬浮微加速度计高灵敏度电容检测通道设计

高灵敏度电容式位移检测是实现静电悬浮微加速度计闭环测控的关键技术之一.针对微加速度计径向悬浮检测的特点及指标要求,设计了高灵敏度、高精度电容式微位移检测通道.该通道主要由前置RC隔离网络与C/V转换、高共模抑制比差动放大器、二级运放、二阶压控电压源有源带通滤波、相敏解调(含模拟乘法器与四阶Butterworth低通滤波...     

静电悬浮微加速度计气膜阻尼分析

气膜阻尼对静电悬浮微加速度计系统的动态特性有着重要的影响。本文首先根据流体力学理论,构建了描述微加速度计内部气体压膜阻尼特性的线性Reynolds方程和描述微加速度计内部气体滑膜阻尼特性的线性Navier-Stokes方程,推导出悬浮质量块在轴向和径向运动时的气膜阻尼系数,并进行比较。然后采用ANSYS软件进行仿真分析,结果表明,解析误差在10%以内。     

大球静电陀螺仪小角度读出数字化方案研究

探讨了一种用于空心大球静电陀螺中的小角度光电信号读出的全数字方案,通过对比、分析和讨论,说明数字化静电陀螺小角度读出方案的优越性,并提出针对静电陀螺光电读出系统随机误差修正算法。     

高精度静电陀螺寻北仪

本文阐述了静电陀螺寻北仪在我国的研制与发展状况。给出了静电陀螺寻北仪的原理结构和方位角估计算法初步实验结果表明：静电陀螺寻北仪的寻北精度优于１０″，寻北时间少于３０是现实的。     

冷原子干涉陀螺研究进展

近年来,基于激光冷却与俘获的冷原子干涉技术得到了飞速的发展,这为精密转动测量提供了新的研究方向。相比于传统陀螺,冷原子干涉陀螺具有更高的灵敏度,是新一代的惯性测量仪器。从冷原子干涉陀螺的测量原理出发,介绍了近几年国内外干涉型冷原子陀螺的实现技术路线和研究现状,对比了各技术路线的优缺点,提炼出了最佳的研制冷原子干涉陀螺的总体技术方案,为高精度和高动态测量的陀螺样机研制提供了技术基础。     

球面磁悬浮万向飞轮转子轮盘优化设计

为实现磁悬浮飞轮的磁路解耦,消除磁轴承相互干扰,提出一种球面磁悬浮万向飞轮转子方案,采用轴向和径向两个球面磁阻式磁轴承控制转子的3个平动自由度,结合洛伦兹力磁轴承实现了磁悬浮飞轮转子五自由度全主动控制、全通道磁路解耦,以精确控制飞轮转子万向偏转,为提升磁悬浮飞轮姿态控制力矩带宽和姿态敏感精度提供了方案支持。根据球面转子结构特性,以质量为优化目标,以一阶共振频率、最大等效应力、刚体位移、极转动惯量、惯量比、质心与形心距离为约束条件,利用多学科优化软件iSIGHT集成ANSYS有限元分析软件,选取序列二次规划算法,对球面转子轮盘进行优化设计。结果表明,在满足设计指标的同时,轮盘质量降低了2.98%,质心与形心的距离大幅降低了1个数量级,仅为12 μm,转子高速旋转时的刚体位移为13.65 μm,有效保证了球面转子在工作时的稳定性和可靠性。     

双偏振干涉式光纤陀螺的多相位调制技术

在双偏振干涉式光纤陀螺的发展过程中，光纤环上的应力、扭转等会造成正交偏振态之间的交叉耦合，降低陀螺系统的稳定性。提出了一种基于双偏振干涉式光纤陀螺的六态方波调制技术并进行了理论推导。该技术与传统的方波和四态方波调制相比，降低了偏振交叉耦合误差，提高了信噪比，大大增加了信号解算精度。通过实验对比测试了干涉式光纤陀螺在不同调制技术下的偏置稳定性。实验结果表明六态方波调制技术的偏置稳定性达到了9.85×10-4（°）/h，验证了六态方波提高信号解算精度的效果。     

基于小波分析和时间序列理论的陀螺仪随机漂移建模研究

综合分析了已有的对陀螺随机漂移建模的各种方法,在分析其各自的优缺点的基础上,考虑到运算的快速性及模型的准确性,这里提出了综合运用小波分析和时间序列理论对陀螺仪随机漂移进行建模的方法,并通过M atlab仿真实验,分析肯定了该方法的有效性和实用性。     

MEMS陀螺阵列技术研究进展

MEMS陀螺仪体积小、功耗低的优点扩展了惯性器件的应用领域,对于制导武器的小型化具有重要的意义.但国内MEMS陀螺仪精度相对偏低、噪声大,这限制了它在高精度军事领域的应用.陀螺阵列可以利用冗余信息有效提高MEMS陀螺的精度,实现低精度陀螺的高精度应用,而不需要技术和工艺的突破.介绍了MEMS陀螺阵列的基本原理,总结了陀螺阵列近年来的研究进展.在此基础上,提出了陀螺阵列的4大关键技术:陀螺冗余系统配置,误差分析、建模与标定,故障诊断以及信息融合.最后,分析了陀螺阵列的发展特点以及研究重点,给出了MEMS陀螺阵列技术未来的发展思路.     

一种新型的硅片转子调谐陀螺仪

本文介绍一种硅薄片转子调谐式陀螺仪。该陀螺仪继承了动力调谐陀螺仪的结构形式和工作原理,利用微电机驱动陀螺转子,利用两对扭杆和平衡环实现动力调谐,其扭杆、平衡环、陀螺转子和信号器、力矩器均由微机械工艺加工,转子偏角采用差动电容检测,力平衡反馈通过静电力实现。论文详细介绍了该陀螺仪的结构,分析了调谐条件和信号器、力矩器标度因数,讨论了信号检测与力反馈回路的组成与原理。硅薄片转子调谐陀螺仪的体积和质量略大于硅微机械陀螺仪,精度与动力调谐陀螺仪相近（理论可达0.01°/h或更高）,且环境适应性较好,成本低,适于要求较高精度和小体积的应用场合。     

窄频差硅基环形陀螺检测闭环控制系统设计

针对窄频差硅基环形波动陀螺动态性能差的问题，提出了一种基于比例积分微分-惯性环节（proportion integral differential-inertial element，PID-IE）的串联式相位校正检测闭环系统控制器。以硅微机械陀螺仪结构运动方程为基础建立了理想的窄频差U 形弹性梁硅基环形波动陀螺仪的系统模型。通过对环形陀螺开环工作状态下的系统模型及其外围电路的传递函数和波特图分析，设计了一种基于PID-IE的检测闭环系统控制器。通过对其系统模型及外围电路时域仿真，验证了该检测闭环控制系统的可行性，通过仿真发现，加入该控制器后的陀螺输出稳定时间减少了50%，陀螺检测位移输出减小了2个数量级，基本实现了该陀螺的检测位移抑制。在模拟电路中实现了该检测闭环控制系统后，通过实验测试了陀螺检测闭环控制前后的各项性能指标。通过实验测试发现，实现闭环控制后，陀螺输出稳定时间约为0.15 s，陀螺检测位移在闭环工作状态下比开环工作状态减小了97%，陀螺的标度因数比检测开环提高了10倍,零偏及零偏不稳定性与检测开环相比分别提升了3倍和8倍，且闭环控制系统的工作带宽比开环工作带宽提高了30倍。     

原子干涉陀螺仪关键技术及进展

原子作为一种微观粒子,具有波粒二象性.利用粒子的波动性,可以产生类似于光波的Sagnac效应,由此实现基于原子波干涉的原子干涉陀螺仪.其中原子干涉有内态干涉和物质波干涉两种.在围成相同面积的情况下,原子干涉陀螺仪的灵敏度将比光学陀螺仪高出10个量级以上,适宜于水下和空间等长时间惯性导航的应用.本文详细地论述了原子干涉陀...     

光纤陀螺技术的军事应用及前景

介绍了光纤陀螺的原理及种类,通过将光纤陀螺与其它陀螺进行比较,总结出了光纤陀螺的优点.最后,综述了光纤陀螺在武器装备上的应用,并对光纤陀螺的应用前景作了预测.     

基于综合指标的最优冗余陀螺配置确定方法

陀螺是航天器控制系统中的关键姿态敏感器,其主要采取冗余措施进行配置。针对航天器控制系统设计中如何进行陀螺冗余配置的问题,提出了一种确定最优冗余陀螺配置的方法,该方法综合考虑了系统的可靠性、精度、成本代价等综合指标。首先,以工程中普遍采用的陀螺斜置式为对象,系统性给出了陀螺斜置式的安装结构,并以测量误差最小为目标确定出确定安装数目下的最优陀螺冗余安装结构。其次,结合实际工程经验对陀螺冗余配置的综合性能指标进行详细系统的分析。然后,利用优化评价方法以综合指标为基础对不同安装数目下的陀螺冗余安装结构进行综合评价,确定出陀螺冗余配置的最优安装数目,即最优冗余陀螺配置。最后,利用该方法对实际工程中的斜置式陀螺冗余配置进行分析和计算。结果表明,当陀螺的安装数目为7时为最优冗余配置,该结论对实际工程具有理论指导作用。