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.     

大型单框架磁悬浮控制力矩陀螺研制关键技术研究

控制力矩陀螺属于航天器姿态控制与机动惯性执行机构,磁悬浮控制力矩陀螺具有输出力矩大、微振动、低噪声、长寿命等特点,是敏捷机动卫星、空间站、天空实验室等理想的惯性执行机构之一.在阐述磁悬浮控制力矩陀螺工作原理、结构特点的基础上,介绍了磁悬浮控制力矩陀螺的电磁设计原理、结构分布及控制系统设计过程.基于大型磁悬浮控制力矩陀螺的主要技术指标,详细分析了大型单框架磁悬浮控制力矩陀螺的三个关键技术和解决途径.包括大承载力永磁偏置磁轴承的设计、制造和控制技术;低功耗高速永磁无刷直流电机的设计、控制技术;低速高精度Halbach型框架电机设计、制造、装配和控制技术.为磁悬浮控制力矩陀螺的进一步工程化应用提供了有效的技术途径.     

面向多电飞机的脉冲波形下局部放电规律

为满足多电飞机（MEA）的大功率用电需求，系统工作电压需要进一步提高，而较高电压会增加相关部件的绝缘失效风险。面向多电飞机特定工作场景和参数，搭建了模拟飞机电作动器中的绕组间绝缘故障测试平台，开展了1 kHz范围内的局部放电（PD）大量重复实验，研究了特定电压幅值、正弦波和方波脉冲波形下局部放电幅值、放电重复率和放电相位等统计特征，并计算评估了不同频率值下多电飞机中的局部放电行为。实验结果表明：在设定频域范围内，方波脉冲下的起始放电电压（PDIV）都低于正弦，方波脉冲波形对绝缘影响更大；随着频率升高，放电幅值逐渐降低，但放电重复率几乎呈线性增长；放电时刻集中于上升沿/下降沿末端。以50 Hz作为对比基准频率，1 kHz时的放电幅值降低80%，而放电重复率增加11.92倍，较高频率下多次累积的小幅值击穿成为威胁绝缘失效的主要原因。计算分析认为高频下空间电荷场强变化导致的放电延迟时间减少和周期数目增加分别导致局部放电脉冲幅值降低和放电重复率增加。本实验结果有助于针对多电飞机电气系统和相关装备开展针对性绝缘测试和评估，并有望为多电飞机向大功率高电压方向的设计提供参考和借鉴。     

压电陶瓷驱动电源及其在激光陀螺扫模中的应用

对压电陶瓷微位移器驱动电源与环形激光陀螺腔长调节原理进行了分析 ,在此基础上 ,设计了微机控制 0～ 30 0 V电压连续可调压电晶体驱动电源 ,并将其应用于自行设计的环形激光陀螺自动扫模系统。实验获得的扫模曲线表明 ,该驱动电源能够满足环形激光陀螺扫模系统的要求     

新型磁悬浮振动陀螺的设计与分析研究

振动陀螺是一种利用哥氏效应检测角速度的传感器,其谐振子的结构精度和阻尼均匀性限制了陀螺性能的提升。为减小谐振子结构与支撑锚点的影响,提出了一种全新概念的磁悬浮振动陀螺。该陀螺利用电磁悬浮的方法将谐振子悬空,从而简化了谐振子为无支撑锚点的集中质量块,降低了其结构精度要求,消除了机械结构阻尼,最终达到提升陀螺性能的目的。基于经典振动陀螺模型,理论分析了磁悬浮振动陀螺的基本工作原理,并说明了谐振子误差对陀螺性能的影响规律,设计了新型磁悬浮振动陀螺的结构,并对该结构的磁感应强度进行了仿真分析。仿真结果证明,悬浮质量块振动稳定,具有较好的磁场均匀性。最后对陀螺样机进行了测试,其固有频率为20Hz,标度因子约为1.6mV/[(°)/s],测试结果验证了所提磁悬浮振动结构的陀螺效应。     

数模转换器毛刺对光纤陀螺相关检测的影响分析

数模转换器(DAC)是全数字闭环光纤陀螺反馈通道的重要部件,DAC的毛刺特性会对光纤陀螺的调制解调结果产生影响.基于DAC中值毛刺特性建立了光纤陀螺反馈回路的非理想调制方波模型,分析了调制频率与本征频率不同时DAC毛刺在干涉信号中产生的各类周期干扰信号.利用周期干扰信号的Fourier级数推导出了DAC毛刺造成调制解调误差的数学模型,仿真分析了数模转换器毛刺的宽度、高度,光纤陀螺调制频率、本征频率及放大电路的增益带宽对陀螺解调误差的影响.最后,通过开环实验验证了DAC毛刺对光纤陀螺调制解调的影响.     

基于自适应滤波器的磁悬浮控制力矩陀螺内转子振动抑制

磁悬浮控制力矩陀螺(Magnetically Suspended Control Moment Gyroscope,MSCMG)内转子存在的多源高频振动会影响自身稳定性,导致卫星姿态指向精度降低.针对其高频扰动及抑制问题,以所研制的小型立式单框架磁悬浮控制力矩陀螺为研究对象,建立动力学模型并分析了高速磁浮转子的振动特性,为内转子振动抑制提供依据.采用非参数频域辨识方法辨识整机内转子中频结构模态,通过在控制回路中串入二阶微分环节对其进行相位补偿.在稳定控制的基础上,采用自适应跟踪滤波器设计了高速磁轴承-转子系统振动抑制控制器对同频和倍频分量进行振动辨识和抑制,并在样机上进行了宽转速范围内的振动测试.实验结果表明:所设计的振动补偿控制器稳定、可行,最高工作转速达到30000rpm,全速域范围内振幅最大不超过0.07m/s2,轴心位移振动幅值和控制电流大大降低,有利于提高力矩陀螺整机的角动量指向精度.     

高速磁悬浮电动机变频器用开关电源设计

采用基于NCP1200的电流型控制,设计并研制了应用于高速磁悬浮电动机变频器的开关电源,该电源自适应输入电压波动,并自动调节PWM占空比以保证输出电压恒定.实验结果表明,该电源具有输出纹波小、效率高、EMI小、电压调整率和稳压性能好等优点,可用作变频器控制电路的电源.     

基于DSP的航空测试交流电源

介绍了一种基于DSP的航空测试交流电源.该交流电源不仅能够输出飞机交流用电设备在不同工作状况下的频率幅值可调的正弦电压,而且能够输出周期性畸变电压.该电源采用数模混合控制及重复控制方法,数字部分实现高精度的波形发生器和电压有效值控制;模拟部分采用电压电流瞬时值控制,提高响应速度.最后给出测试波形.     

磁悬浮定中偏差对陀螺加速度计精度的影响

在陀螺加速度计磁悬浮定中测试实验中发现，当加表处于斜置状态时，磁悬浮不能使浮子轴精确定中，浮子轴两端出现了周期性的摆动。本文分析了这一现象的产生机理，并进一步从不同方面研究了磁悬浮不能使浮子轴精确定中对加表测量精度的影响，推导了误差公式。     

微半球陀螺测控电路国内外现状与关键技术

微半球陀螺相比于传统的机械陀螺具有更小的尺寸，因此其对温度、湿度、磁场等外界环境的变化更为敏感。为了保证陀螺具有较好的工作表现，需要使外部驱动信号的频率严格锁定于工作模态的中心频率上，且陀螺输出信号幅值恒定。与此同时，由于微半球陀螺信号为微弱信号，故而需要采用微弱信号采集技术及反馈技术对其进行处理，并且通过解调控制算法得到输出信号。阐述了微半球陀螺基本测控电路的国内外发展现状，并从Sigma-delta、模态匹配、正交补偿、温度补偿等角度分析了微半球陀螺测控电路的关键技术。     

核磁共振陀螺信号仿真及噪声分析

核磁共振陀螺具有体积小、精度高、功耗低等优势,有望成为下一代惯性导航系统的核心部件,目前正受到人们的广泛关注。比较全面的介绍了核磁共振陀螺的基本理论,在此基础上利用时间离散化方法推导并建立了能够充分考虑核磁共振陀螺系统动态特性的仿真模型。利用该模型研究分析了锁相环相位、磁场、温度以及探测光强在1×10-5均方根幅度下均匀白噪声对陀螺信号的影响,发现它们对角随机游走、零偏不稳定性影响依次减小,且都具有自身独特的频率响应特性。其中,锁相环相位噪声引起的角随机游走与零偏不稳定性分别为5.1985×102(°)/h1/2、3.4593×103(°)/h,而探测光强噪声引起的角随机游走与零偏不稳定性分别为3.1623×10-1(°)/h1/2、4.7603×10-1(°)/h。该研究对深入分析核磁共振陀螺动力学机理、寻找主要噪声来源、提高陀螺性能具有重要意义。     

极端瞬态力作用下金属壳谐振陀螺结构强度分析

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，其具有结构简单、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。针对极端瞬态力作用下金属壳谐振陀螺的结构强度进行了研究，在分析其工作原理和基本数学模型的基础上，利用有限元仿真方法，在通用炮射环境条件下进行了分析。通过仿真计算，给出了金属壳谐振陀螺的结构强度分析结果，验证了其抗过载能力。     

核磁共振陀螺中内嵌碱金属磁力仪研究

核磁共振陀螺利用核自旋的闭环磁共振实现角速度的测量,其磁共振信号一般由内嵌碱金属磁力仪测出。为了提高磁力仪性能,对描述磁力仪的Bloch方程,采用微扰迭代法和级数展开法,求出了各磁矩分量的近似解,然后讨论了线性测量范围随纵向与横向弛豫时间的变化规律以及频率响应特性。利用数值仿真,对上述近似解析解进行了验证。结果表明,磁力仪的线性测量范围随纵向、横向弛豫时间的增大而减小,其频率响应为一阶低通,截止频率仅与横向弛豫时间有关。上述研究对核磁共振陀螺的优化有一定的参考意义。     

Numerical analysis of deflection control of a gas plasma jet based on magnetohydrodynamic staggered electrode configuration

To control the deflection of the gas plasma jet, a new analytical method is proposed based on the Magnetohydrodynamic (MHD) technique. Based on the typical MHD power generation model, the applied voltage is applied to the staggered electrodes, that is, a pair of electrodes on the same side wall are connected to generate an axial current in the channel. Under the action of the magnetic field perpendicular to the direction of the flow, the plasma is subjected to electromagnetic forces perpendicular to these two directions, and the jet is deflected. The computational model including the Navier-Stokes equations coupled with electromagnetic source terms, the electric potential equation and Ohm’s law is solved. The deflection of the gas jet under the action of an electromagnetic field is observed, and the maximum deflection angle is about 14.8°. The influences of the electric field, magnetic field, and conductivity on the jet deflection are studied. Results show that although the influences of these three factors on the deflection are similar, and the effect of increasing the electric field strength is slightly greater, priority should be given to increasing the magnetic field strength from the perspective of reducing energy consumption. The Stuart number is introduced to assess the ability of electromagnetic force to control jet deflection. When the electromagnetic parameters are constant, this solution provides better control of low-density and low-speed fluid flows. The calculation results show that using the staggered electrode method configuration is feasible in terms of controlling the deflection of a plasma jet deflection.     

激光陀螺吸气剂的测试方法研究

激光陀螺谐振腔内部的工作气体纯度直接影响陀螺的光功率输出,吸气剂作为激光陀螺内部维持气体纯度的关键部件,是决定激光陀螺光功率长期稳定性的关键因素。针对激光陀螺对吸气剂的使用需求,提出了一种含振动冲击筛选与质谱检测等手段相结合的综合检测方法,并通过实验对吸气剂的结构强度、吸气性能与激活条件进行了分析。实验结果表明,该方法能够有效地判断某种吸气剂选型是否满足激光陀螺的使用要求,为激光陀螺吸气剂的选择提供指导。     

基于导航姿态解算的光纤陀螺平台低频角振动测试方法研究CSCD

为准确评价光纤陀螺平台的低频角振动特性,提出了一种基于导航姿态解算的光纤陀螺平台低频角振动测试方法。首先,通过角振动台精确模拟载体的低频角振动状态,并通过光纤陀螺平台飞行导航过程中的断调平差分信号,实现平台框架角度信号与角振动台激励角度信号的数据同步;然后,利用平台式惯导系统的导航姿态解算方法,实时解算低频角振动过程中光纤陀螺平台的台体姿态,并通过坐标系转换得到平台基座系相对于地理系的实时姿态;最后,通过对光纤陀螺平台稳定回路的幅相特性分析,得到低频角振动激励下稳定回路的幅值和相位特性,实现对光纤陀螺平台角动态特性的准确评估。     

导电圆柱壳体磁弹性二阶谐波共振响应分析

 研究了磁场环境中受机械载荷作用圆柱壳体的二阶谐波共振响应问题。首先给出了电磁场环境中导电圆柱壳体的非线性磁弹性振动方程和电磁场方程，并应用伽辽金积分法导出了相应的无量纲化非线性振动微分方程。然后采用多尺度法对系统的二阶超谐波和亚谐波共振问题进行求解，得到了稳态运动下关于定常解的幅值响应方程及解的稳定性判别式。最后通过数值算例，给出了共振幅值随磁感应强度和外激励力等参量变化的特征曲线图，分析了解的稳定性、奇点性态及分岔特性。结果表明，通过电磁或机械参数的适当选取，能够达到激发或抑制系统共振现象的目的。     

MSMA振动发电机的建模与仿真

振动发电就是利用电磁感应、压电技术、智能材料等将外部的机械振动能量通过一定装置转换成电能,实现机械振动能量和电能的转换.在分析磁控形状记忆合金（Magnetic Shape MemoryAlloy,简称MSMA）振动发电原理的基础上,利用MSMA智能材料的维拉利效应对振动能量进行收集,建立了MSMA振动发电机的数学模型,求出振动发电机感应电动势与压应力及外加磁场的数学关系.分析了振动应力幅值、频率的响应特性,仿真结果验证了MSMA振动发电的可行性.     

相位检测误差对核磁共振陀螺输出频率的影响

针对核磁共振陀螺中采用相位检测方案时可能引起额外频率误差的问题,提出了通过控制电子顺磁共振失谐量及静磁场扰动来抑制额外频率误差的方案。基于Bloch方程,推导了惰性气体原子系综输出频率的表达式,并将相位检测的过程包含在内。建立了考虑相位检测误差的核磁共振陀螺频率误差方程,给出了相位检测引入的额外频率误差表达式并进行了数值仿真。仿真结果表明,通过设定合适的共振失谐量,其额外频率误差至少可以抑制1个数量级,而通过精确地抑制静磁场的一阶及二阶扰动,可以进一步抑制1～3个数量级,将额外频率误差降低到nHz量级。