被动式揩振腔光纤陀螺的结构设计和误差分析

本文对被动式谐振腔光纤陀螺的典型结构和主要误差源进行了分析，提出了一些结构和元器件方面的建议，并给出了仿真的结果。认为被动式谐振腔光纤陀螺是一种很有价值的研究方向，尤其是在传统的干涉式光纤陀螺在精度上遇到了难以克服的限制时，开展被动式谐振腔光纤陀螺的研究是必须并且适时的。     

闭环保偏光纤陀螺力学环境适应性研究

光纤陀螺没有活动部件，是一种全固态的仪表，具有良好的力学环境适应性。本文从工程化角度，分析了力学环境对一体化光纤陀螺的光路、电路及机械结构的影响，用有限元方法对两种光纤陀螺壳体进行了动力学分析，指出结构优化设计的途径；对振动冲击试验结果进行了分析，从振动台本身谐振、工装的动力学特性出发，定性分析引起输出误差的原因，得出了一些结论。分析表明：FOG－S01型光纤陀螺壳体在保持动力学特性满足要求的前提下，还可以减小壁厚。试验结果证明：力学环境试验对FOG－S01型光纤陀螺不产生残余影响。     

陀螺漂移伺服测试和连续伺服翻滚漂移系数分离

陀螺伺服测试，由于能真实的模拟陀螺在平台式惯导系统中的工作状态，而被广泛的应用，对于惯性级平台式陀螺来讲，优为如此。陀螺伺服测试主要用来测试陀螺的长期漂移性能和漂移系数分离。本文在建立双轴陀螺数学模型的基础上，设计了双轴陀螺在单轴伺服转台上进行漂移测试和极轴翻滚的试验方案；分析推导了双轴陀螺在单轴伺服条件下，陀螺漂移测试和漂移系数分离的数学模型方程。本文分析推导的结论，是进行陀螺伺服测试的理论基础。该结论也经过了单轴伺服漂移测试的实际验证，因此，在工程上具有重要的现实意义。     

基金档案

【项目编号】2007ZC56004【项目负责人】万生鹏【依托单位】南昌航空大学受激布里渊光纤陀螺的若干关键技术研究及系统仿真完成情况简介:本项目对布里渊光纤陀螺(BFOG)的一些关键技术进行了研究,如温度对布里渊光纤陀螺的影响、克尔效应对布里渊光纤陀螺的影响等,并对布里渊光纤陀螺的具体参数和系统性能进行了分析,为BFOG的应用奠定了基础。     

多环谐振微机械陀螺的研究现状及发展趋势

微机械陀螺是一种新型的陀螺，近年来随着微机电技术的发展，其性能不断得到提高。基于多环谐振微机械陀螺的发展现状，详细评述了多环谐振陀螺的来源以及其由单环到多环的结构发生改变的优点。并基于驻波进动原理，介绍了两种新型的全对称谐振盘陀螺。总结了圆环谐振式微机械陀螺的工艺发展路线，由早期的HARPSS工艺发展到外延多晶硅封装工艺，再到材料性能好的单晶硅热压键合工艺，使得多环谐振陀螺的性能不断得以提升，并分析了其优缺点。最后，展望了未来的高新技术，提出多环谐振陀螺的发展方向。     

现代陀螺技术

现代陀螺是没有旋转部件。除在某些情况下使用轻微振动部件之外。现代陀螺的工作原理在本质上不同于与其同属一个家族树的角动量陀螺。新陀螺概念：哥氏振动陀螺(GVG)．激光陀螺(RLG)，和干涉型光纤陀螺(IFDG)与它们的机械结构一起经历了约一个世纪的发展历程，但实现它们所需的技术只是在20世纪的后半叶才成为可能。本文概述新陀螺概念，将通过有用的物理原理来将它们区别于机械陀螺。并阐述了每种陀螺技术的发展历程。     

微型化半球陀螺制备工艺发展现状及趋势分析

因低噪声、高性能、无磨损的优势，半球陀螺已成为航空、航天领域内的最佳导航陀螺。半球陀螺的微型化是微机电陀螺领域的研究热点，全球各研究单位设计了多种形态的谐振器结构，开发了各具特色的加工工艺，其选用的材质也各不相同，并研制出了形态各异的微半球陀螺结构。对半球陀螺微型化的历程和方式进行了综述，着重对微型化半球陀螺壳体谐振器的结构形态、工艺制备方法和选材进行了对比和分析，并对各微型化途径的特点进行了讨论和展望。     

基于滑动滤波技术的激光陀螺评价方法

激光陀螺是一种以量化脉冲的形式输出角增量的数字传感器，量化误差如同白噪声一样影响着激光陀螺的测试精度。为了准确评价激光陀螺的性能，减少量化误差对激光陀螺测试数据的影响，本文应用滑动滤波技术对激光陀螺采样数据进行滤波处理，理论分析及实验结果表明，该方法有效地降低了量化噪声从而实现了对激光陀螺的准确评价。     

轻小型光纤陀螺抗干扰技术

轻小型光纤陀螺内部干扰严重影响了其正常工作.干扰可导致陀螺输出死区,产生周期性噪声和输出非线性等现象.抑制干扰对提升陀螺性能和环境适应能力有重要的意义.对干扰的形成机理进行了理论分析,并提出了一些抑制干扰的方案.     

音叉振动式微机械陀螺固有频率的统计特性分析

 以一种通过体微机械加工技术制备的音叉振动式微机械陀螺为对象，首次基于随机摄动技术定量研究了微陀螺固有频率变异的统计特征，以概率思想表达了微陀螺批量加工过程所带来的材料／尺寸随机误差对其各阶固有频率的影响。通过所提出的影响因子这一概念反映了微陀螺参数变异对固频变异的敏感度。在详尽分析微陀螺众多参数的影响因子的基础上，获得了微陀螺最为关键的六个参数。这有限关键参数的获得，不仅为微陀螺的健壮性设计提供了方向，同时也为实际微陀螺的加工控制提供了量化的可参考依据。     

检测质量对硅微机械框架振动陀螺影响的研究

 根据陀螺的动力学方程，从陀螺设计中的重要参数——内、外框架组件的等惯量约束条件和振动灵敏度等角度，探讨了检测质量对陀螺性能的影响，为微机械框架振动陀螺的设计提供了理论依据。     

金属壳谐振子研究进展

金属壳谐振陀螺是利用驻波的进动特性来敏感输入角速率的一种新型壳体振动陀螺，具有结构简单、功耗低、抗冲击性强、稳定性高等优点，可被广泛应用于中低精度角速度测量领域。金属壳谐振陀螺不仅具有传统陀螺的惯性品质，而且具有抗高过载、量程大的特点，这是其他类型陀螺所不具备的。作为金属壳谐振陀螺的核心部件，金属壳谐振子的性能至关重要。结合金属壳谐振陀螺综述了金属壳谐振子的研究进展，从设计思想、理论建模、结构设计、信号处理等方面进行了讨论，并指出了金属壳谐振陀螺及其谐振子的发展趋势。     

无刷力矩电机在陀螺加速度表上的应用

陀螺加速度表是战略导弹平台系统中的核心器件，力矩电机是陀螺加速度表上的执行元件，本文分析了常规有刷力矩电机的固有缺陷和无刷力矩电机的优点，阐述了陀螺加速度表的工作原理及力矩电机的固有缺陷和无刷力矩电机的优点，阐述了陀螺加速度表的工作原理及力矩电机在其中所起的作用，重点探讨了无刷力矩电机在陀螺加速度表上的实现方案并给出了测试数据，从而论证了无刷力矩电机在陀螺加班工表上应用的可行性和重要意义。     

全角模式半球谐振陀螺振型控制与角度检测

传统半球谐振陀螺采用力平衡工作模式，这种模式仅能直接检测实时转速，且动态范围较小，限制了半球谐振陀螺在具有大动态机动特点的应用场景中的使用。相比之下，全角模式半球谐振陀螺通过滞后角与陀螺转动角度之间的比例关系进行角度检测，相比力平衡模式，具有直接角度检测的功能和更大的动态范围。对全角模式半球谐振陀螺进行了研究，介绍了全角模式半球谐振陀螺的控制与信号处理的方法，以及全角模式半球谐振陀螺系统的实现。该系统通过基于相干解调的信号处理算法，实现了谐振振幅参数的解算，通过PI控制器、正交分解及乘法调制实现了跟踪谐振振型进动控制作用，通过谐振振型进动角度解算器直接解算了陀螺的转动角度。通过数字仿真与实物实验结果可知，所介绍的全角模式半球谐振陀螺系统能够实现不依赖于积分运算的角度检测功能，且较之于力平衡模式，其半球谐振陀螺动态范围有了一定程度的提高。     

石英半球谐振子精密加工技术探讨

半球谐振陀螺是一种高精度、高可靠性、长寿命的新型固体振动陀螺，应用前景广阔。作为半球谐振陀螺的核心零件，石英半球谐振子壁薄、形状复杂、对加工精度要求高、制造难度大，而这些因素是制约半球谐振陀螺研制的主要瓶颈。结合半球谐振陀螺的技术发展，分析了半球谐振陀螺的结构类型和特点，介绍了石英半球谐振子的粗磨成型、精密磨削、研磨抛光、化学腐蚀、质量调平、表面镀膜等加工方法及研究进展，提出了未来半球谐振陀螺的研究重点和建议。     

可替代机械陀螺的光纤速率陀螺

光纤陀螺在两个方面正在取代机械陀螺：一是新设计的应用，二是已有的应用陀螺场合。光学陀螺所具有的高可靠性、对重力g的不敏感性和对振动、冲击的容限，使其特别适合于车辆、军事上的应用。基于Sagnac干涉效应，如环形激光陀螺、光纤陀螺的概论已有十十年之久了。它有闭环和开环两种结构，但由于闭环结构成本较高，目前只利用开环光纤陀螺取代机械速率陀螺。我们开发了一系列低成本光纤陀螺，它们基于全光结构，采用椭芯的保偏光纤、方向耦合器和偏振器。开环光纤陀螺是以最小结构的形式构成的。激光光束在光纤敏感相向传输，它们是完全互逆的。早期的形式采用方向耦合器隔离激光光源和光探测器，一个偏振器用来确保一个模式分布，而第二个耦合器作为与光纤环的接入口，在光纤环的一端加上一个压电陶瓷相位调制器以进行调制，以便同步检测干涉仪的输出。光源探测器处的耦合器不属于最小结构中的一部分，它可以通过用光源的反向的探测器取消。目前许多激光光源被用于这样一个探测光输出的探测器，由于陀螺转动信号是调制信号，很容易与恒定的激光输出信号分开。我们这种结构的FOG为简化最小结构（RMC），比较两种开环结构可以看出：两者之间没有明显的区别，但从性质上分，在RMC结构中，激光器工作在接近阈值的点，因而在光谱上比较窄。在光陀螺中希望有一个宽带的光谱，可以避免由于绕环导致的偏振起伏，从而引起偏置的不稳定性。这也就限定了RMC结构在一些高精度的陀螺应用。光纤陀的特性可以通过选择光纤的长度、环的直径和激光功率在一个比较大的范围内调整，以适应不同的应用要求，而不需要改变其结构。光纤陀螺从本性上为宽带的，其输出谱特性可以由简单的模拟滤波器、扩展伺服回路的动态特性加以控制。与简单的机械陀螺相比，这一宽带特性可以扩展为非常低的频率，从而改善定位精度。我们已生产了1000多套这两种结构的光纤陀，本文将提供Allan变化，随温度变化的偏置、刻度因数的线性数据，典型的特性参数如下：也许光纤陀螺应用最大的限制为刻度系数，因为Sagnac干涉仪的灵敏度领先光纤长度乘以直径，并且几何尺寸和在敏感轴垂直平面上投影使光纤陀螺改型应用的困难得以克服。在带宽限制范围内，光纤陀螺可以在众多的系统中应用。     

光纤陀螺（FOG）应用研究（一）——光纤陀螺原理概述

本文结合国内外光纤陀螺研究基础，分两部分对干涉式光纤陀螺的理论、关键技术和应用进行了简单介绍和讨论。中高精度光纤陀螺是固态陀螺发展的主要方向，具有良好的应用前景。     

基于模态匹配和正交抑制的微机电陀螺闭环控制技术研究

模态匹配和力反馈控制可以在不牺牲检测带宽的情况下，利用机械谐振放大特性有效提高微机电陀螺信噪比、改善陀螺性能。结合一款高Q 值对称式四质量敏感结构的陀螺表头,在陀螺动力学平均模型基础上，通过对检测模态同相分量和正交分量的控制，实现陀螺的闭环检测控制。基于静电负刚度原理，通过改变陀螺敏感结构梳齿与质量块之间的电压，构建实时正交抑制系统和精确模态匹配环节，推导出陀螺的静电刚度矩阵，完成了对正交耦合信号的实时抑制和驱动、检测模态的精确模态匹配并且实现对两环节的解耦控制。实测结果显示，陀螺频差由24 Hz缩小到0.05 Hz以内，全温条件下，陀螺的正交耦合量由3(°)/s抑制到0.01(°)/s，陀螺全温零偏稳定性由初始的11.48（°）/h改善到1.95(°)/h，验证了实时正交抑制和模态匹配等技术对提升陀螺性能的具体效果。     

微半球谐振陀螺技术研究进展

微半球谐振陀螺是一种基于MEMS工艺实现高精度谐振结构制造,进而实现角速率或角度信号测量的新型振动式陀螺。该技术既有望继承传统半球谐振陀螺高精度、长寿命等优点，又兼具了微型化的技术优势，具有极大的发展潜力。目前，微半球谐振陀螺技术处于起步阶段，对其的研究重点主要集中于高精度谐振结构的制造技术。介绍了多种微半球谐振陀螺的制造方法，分析了其技术特点，并结合国内外微半球谐振陀螺技术的发展现状，对其未来发展趋势进行了阐述。     

光纤陀螺（FOG）应用研究（二）——光纤陀螺的应用

本文结合国内外光纤陀螺研究基础，分两部分对干涉式光纤陀螺的理论、关键技术和应用进行了简单介绍和讨论。中高精度光纤陀螺是固态陀螺发展的主要方向，具有良好的应用前景。