高精度石英半球裸振子微应力制造

半球谐振子是半球谐振陀螺的核心元件，其质量直接决定了陀螺的性能精度，以高纯石英材料制成的半球谐振子已得到业界的广泛认可，但加工难度较高。半球裸振子是半球谐振子的未完全加工态，其加工表面残余应力的大小决定了谐振Q值、频差Δf等参数，进而影响谐振性能。文章就石英半球裸振子的微应力制造技术方法和技术特点进行了分析和讨论，以及采用飞秒激光加工设备实现石英半球裸振子微应力制造，飞秒激光加工具有速度快、热变形小、非接触、微应力等优势，用于半球谐振子加工能够明显改善加工效率、成本和表面应力状态，采用飞秒激光加工为高精度石英半球裸振子的加工提供新实现途径。     

半球谐振陀螺振子耦合振动的近似解析分析

半球壳是新型半球谐振陀螺的敏感部件。有效地隔离谐振子有害的耦合振动对于保证陀螺性能的可靠、稳定具有十分重要的工程价值。本文在研究半球壳谐振子支承杆结构振动的基础上，采用瑞利－里兹法，对结构特性最佳的Ψ型谐振子最低阶耦合振动进行了分析，给出了谐振子有关参数设计的近似解析工程用方程，对于研制半球谐振陀螺有实际应用价值。     

半球谐振陀螺装配技术的发展现状及趋势

目前半球谐振陀螺装配过程中存在着装配精度低、一致性差、成品率低等问题，半球谐振陀螺装配技术的短板制约半球谐振陀螺性能指标提升、高合格率和批量化生产。文章通过调研半球谐振陀螺产品研究现状，分析了影响半球谐振陀螺精度的因素，阐述了在半球谐振陀螺的装配过程中亟需突破的关键技术，包括面向装配的几何误差建模、无损柔性夹持技术、铟焊低应力连接装配工艺、非平行板电容精密检测等关键技术，并对半球谐振陀螺装配技术的发展趋势进行展望。     

半球谐振子薄壁厚度不均匀性对陀螺精度的影响

针对半球谐振陀螺仪的工艺制造偏差,研究半球谐振子薄壁厚度不均匀对陀螺精度的影响,建立误差模型,分析误差机理．首先对谐振子进行应变分析,然后分析薄壳微元的受力情况,根据力和力矩平衡方程建立半球谐振子动力学方程,得出由于厚度不均匀造成的半球谐振陀螺仪角速率误差．研究结果表明其傅立叶展开式的1～3次谐波项对角速率误差无影响,而4次谐波有影响．为提高陀螺精度,对陀螺厚度不均匀加以平衡．     

半球谐振陀螺的结构参数对工作模态以及进动系数的影响

为实现高性能的半球谐振子结构设计，文章针对半球谐振陀螺的结构参数对其工作模态频率、模态频率位阶以及进动系数的影响做了相关研究。在对陀螺进动系数计算理论研究基础上，对半球谐振陀螺的进动因子进行了有限元仿真计算；接着对具有不同结构参数的半球谐振子进行了模态仿真分析，发现在半球谐振子设计过程中，当球壳厚度和支撑柱半径之比小于1/3时，能够将陀螺的工作模态设置于最容易激发的第1和第2阶模态，大大提高了陀螺敏感特性。同时，能够极大拉开工作模态与干扰模态之间的频差，仿真结果最大拉开了2760.8Hz。最后，仿真结果表明半球谐振陀螺的进动系数受到结构变化而产生的波动非常小，进动系数的波动维持在0.27~0.28范围内。     

基于幅频响应特性的半球谐振子频率裂解与固有刚度轴方位角测定方法

半球谐振子频率裂解与固有刚度轴方位角是影响陀螺性能指标的核心因素。提出了一种基于幅频响应特性的半球谐振子频率裂解与固有刚度轴方位角测定方法，采用压电激振台扫频激振，多普勒激光测振仪检测谐振子的幅频响应特性，通过幅频响应特性曲线分析实现频率裂解与固有刚度轴方位角的测定。对该方法进行了理论分析，搭建了实验装置，并对半球谐振子进行了测试，结果表明：该方法频率裂解测量精度优于0.01Hz，固有频率主轴方位角确定精度优于±1.17°，具有良好的可行性，在半球谐振陀螺研制方面具有良好的参考意义。     

半球谐振陀螺调平技术发展综述

半球谐振陀螺是一种新型的固态波动陀螺，具有精度高、体积小、寿命长、功耗低等优点。谐振子的品质因数高低和不平衡质量大小直接决定了半球谐振陀螺的性能，因此，不平衡质量的辨识和调平是提高谐振陀螺性能的关键。首先，介绍了六种不同的刚性轴方位和不平衡质量辨识方法和系统，分析对比了每种方法的优缺点；其次，对谐振子的调平理论进行了归纳，进而对机械调平、化学调平、激光调平和离子束调平的研究现状和特点进行了梳理和归纳；最后对半球谐振陀螺调平技术的发展作了简要评述。     

基于电子束蒸发沉积的曲面纳米薄膜均匀性研究

半球谐振子金属化是半球谐振陀螺研制过程中的重要环节，针对半球表面薄膜制备均匀性难以实现的问题，提出了一种将薄膜沉积实验和光学模拟相结合的方法。本文采用电子束蒸发技术在半球上沉积Au薄膜，利用台阶仪测量球面上不同位点的薄膜厚度，将平面上的膜厚等效为半球曲面上的膜厚，研究球面薄膜的均匀性，得出了在半球内外表面上薄膜的膜厚分布；同时对薄膜沉积均匀性进行光学模拟，将半球探测器上辐照度等效为实验中沉积所得到的薄膜厚度，计算得出的半球探测器上辐照度分布与实验测量结果一致性较好，可为半球谐振子纳米薄膜的均匀性制备提供理论基础。     

基于PXI平台的半球谐振子相位幅度控制

半球谐振子作为半球谐振陀螺的核心部件之一，其振动参数的测试对自身结构设计与加工过程的参数优化具有至关重要的作用。作为测试系统的重要组成部分，本文设计并实现了基于PXI平台应用LabVIEW编程的半球谐振子相位幅度控制系统，针对测试中存在的谐振频率的漂移和振幅衰减等问题给出了解决方案。实物测试结果表明：该测试系统能有效地实现半球谐振子的相位跟踪及能量控制，可解决开环测试方案下谐振子的频率漂移问题以及初始振幅不一致对谐振子振动性能参数测试的影响，具有快速性好、控制精度高、功能扩展便捷等优点，极大提高了半球谐振子批量化生产与测试效率。     

熔融石英半球谐振子亚表面缺陷的湿法刻蚀工艺

为了提高半球谐振子的品质因数,提出采用湿法刻蚀的方法去除半球谐振子亚表面的微缺陷。通过研究熔融石英材料的湿法刻蚀机理,在专用半球谐振子湿法刻蚀设备上能够稳定实现半球谐振子亚微米刻蚀精度,半球谐振子经过湿法刻蚀后表面粗糙度优于100nm,半球谐振子Q值能够提高至2000万以上,半球谐振子频差变化小于0.03Hz。     

石英玻璃的机械振动能量损耗特性

为研究石英玻璃的机械振动能量损耗特性，以石英半球谐振子为实验对象，考察了铣磨、抛光、刻蚀和退火对石英玻璃机械振动能量损耗大小的影响，并分析其作用机理。研究结果表明：对于机械加工成型的石英玻璃，表面损耗占主导作用，亚表面损伤是造成表面损耗的主要原因；退火可以消除机械应力，降低石英玻璃的“假想温度”，改善石英玻璃的结构稳定性，减小本征损耗。     

动态总方差设计及其快速算法

Allan方差法分析随机误差时存在2点缺陷,一是长相关时间下估计值震荡较大,二是无法跟踪信号的动态变化。本文融合总方差法和动态Allan方差法的思想和优势,提出了动态总方差法。首先使用窗函数截取原始数据,然后对窗内数据进行延拓,对延拓后的数据进行总方差分析,得到原始信号的局部随机特性,随着窗函数的滑动可以得到原始信号的随机变化特性。经验证,动态总方差法同时解决了Allan方差法存在的2个缺陷。最后设计了半球谐振陀螺（HRG）的线振动试验验证此算法的有效性,分析结果表明动态总方差法在分析精度和使用的数据量上具有优势。但是动态总方差法又存在计算量大、分析速度慢的问题,因此本文又推导出了动态总方差法的递推公式,从而给出了动态总方差的快速算法。      

结构疲劳可靠性设计的等损伤设计方法

简述了疲劳可靠性设计的发展历程;提出用于结构疲劳可靠性设计的"等损伤设计"概念与原理,进行了实验验证.实验表明:按此方法设计构件的零件能在设计寿命下,同时发生破坏;在给定寿命下,零件几乎"等损伤".从而证明按此方法对结构进行疲劳可靠性设计完全可行,且易为实际工程所应用.根据此设计方法,对结构进行疲劳可靠性设计,更能保证结构使用安全、可靠、重量轻.      

比例加载下应力幅比对2A12-T4疲劳寿命的影响

采用2A12-T4铝合金漏斗形试件,针对不同拉扭应力幅比,进行了比例加载下多轴高周疲劳寿命试验,研究了不同应力幅比对多轴高周疲劳寿命的影响.针对试验结果,采用3种常用的多轴高周疲劳寿命预测模型,包括等效应力准则、应力不变量准则、临界面准则进行了预测.结果表明:在相同的Von-Mises等效应力下,随着扭转应力幅与拉压应力幅比值的增大,疲劳寿命逐渐升高.等效应力准则的预测结果或过于危险,或过于安全;应力不变量准则的预测结果认为应力幅比的变化对疲劳失效没有影响,与试验结果不符;临界面准则的预测结果优于其他准则.