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．     

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。     

半球谐振子疲劳寿命分析与仿真

半球谐振子的寿命和损伤是直接影响高精度半球谐振陀螺使用时长和安全性的重要因素。目前国内加工的半球谐振子所用的熔融石英玻璃材料主要依靠进口，采用传统的疲劳寿命实验确定方法成本过于昂贵，因此需要利用疲劳分析软件对半球谐振子的疲劳寿命进行分析。文章通过半球谐振陀螺应力分析，采用ANSYS软件对熔融石英半球谐振子进行应力分析仿真，确定因残余应力所引起的疲劳危险部位，并在疲劳部位进行裂纹扩展分析，得到 、 和 型应力强度因子，以使在半球谐振子结构设计和使用过程中对易疲劳的部位进行有效监控和预防。     

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。     

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。     

半球谐振陀螺阻尼不均匀误差补偿方法

半球谐振陀螺是基于哥氏效应测量角速度的新型固态陀螺，全角模式下具有低噪声、高带宽和大动态范围，并且可以直接读取角度信号，具有良好的应用前景。针对全角模式下的主要误差来源——阻尼不均匀项，在二维谐振子振动模型的基础上，简要介绍了Lynch平均法，结合驻波进动方程，重点梳理了“四力控制”法、方位角自适应补偿法和“虚拟旋转”法等误差补偿方法，并对各补偿方法进行了总结，最后对半球谐振陀螺误差补偿技术的发展趋势进行了展望。     

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。     

基于模态反转的半球谐振陀螺零位自校准方法

针对半球谐振陀螺的零位漂移问题，本文研究了基于模态反转电路控制技术的零位自校准方法。首先，从动力学模型引入阻尼不对称、频率裂解等非理想因素，讨论半球谐振陀螺的工作机理及驻波漂移特性。其次，通过理论分析模态反转的零位校准以及虚拟进动控制的模态反转技术。最后，基于FPGA数字控制平台，设计并实现了半球谐振陀螺零位自校准半实物仿真实验。实验结果表明，基于模态反转的半球谐振陀螺零位校准，实现了半球谐振陀螺的零位从15 降低至2 ，短期零偏稳定性和长期稳定性也分别提高了11.8％和45.86％，有效地抑制了零位漂移，提高了半球谐振陀螺测量精度。     

通过全局时间管理减少半球谐振陀螺组合角增量误差的方法

随着对姿态控制精度的日益提高,卫星对惯性单机的输出精度和误差控制的要求也在逐步提升。提出了半球谐振陀螺组合全局时间管理方案,陀螺仪数据生成时标志上的时间戳,可以有效地降低并量化半球谐振陀螺组合输出的角增量与系统控制之间的时延误差,提高上级系统的角速度精度。     

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。     

多环谐振微陀螺性能参数的有限元计算

多环谐振陀螺是目前最具发展前景的MEMS陀螺之一,如何快速对多环谐振陀螺进行参数优化设计成为研究热点。本文在多环谐振陀螺的基本结构的基础上,通过理论研究,发现机械灵敏度和机械热噪声的主要结构影响参数为陀螺的谐振频率、有效质量、角度增益以及品质因子。并使用COMSOL 和 MATLAB 等软件搭建了有限元计算平台,实现了对上述性能参数的有限元仿真求解,为研究环形谐振陀螺结构的性能参数和优化设计提供了有力的软件仿真工具,并且可以推广应用到研究其他陀螺器件中。     

MOEMS陀螺的谐振腔设计

微光机电(MOEMS)陀螺代表着微型光学陀螺的重要发展方向,而MOEMS谐振腔的设计是谐振式MOEMS陀螺的核心技术.提出了一种新颖的基于微纳米加工技术的MOEMS空间谐振腔结构,介绍了其工作原理和系统构成.建立了谐振腔的数学模型,并利用MATLAB软件对其重要参数进行了仿真计算及分析.为提高谐振腔清晰度及系统测量精度,优化了谐振腔输入输出镜的技术指标,并在此基础上完成了谐振腔的微加工工艺设计.结果表明:所设计的谐振腔清晰度可以达到346,陀螺极限灵敏度为0.25(°)/h,同时可以有效克服克尔效应、背向散射、偏振等光路噪声的影响.      

一种改进PSO-ARMA半球谐振陀螺温度误差建模方法

为减小半球谐振陀螺(HRG)在温度效应下产生的漂移,建立了温度漂移补偿模型,对与温度有关的确定性漂移进行了补偿。提出了一种改进PSO-ARMA建模方法,对不确定性漂移进行了补偿。改进的PSO-ARMA建模方法将惯性权值递减策略引入到反向学习粒子群优化(PSO)算法中,提高算法跳出局部、快速收敛的能力,在建模时利用改进的PSO算法对ARMA参数寻优,以提高模型的精度。利用半球谐振陀螺升温实验数据进行了检验,经该模型补偿后,陀螺输出精度可达0.07°/h,且较传统ARMA建模方法精度提高了一倍。      

类蛛网状盘式谐振微陀螺的抗冲击性能与结构误差仿真分析

具有导航级潜能的盘式谐振微陀螺是国际研究最热门的一类微机械陀螺,在此基础上设计了一款频率裂解小的类蛛网状盘式谐振微陀螺。通过有限元仿真软件进行了模态分析和冲击分析,仿真结果表明类蛛网状盘式谐振微陀螺工作模态与寄生模态最小频差为3.9kHz,可承受的冲击载荷加速度高达25000g。此外,开展了晶向误差和工艺误差等结构误差对频率裂解影响的仿真研究,结果表明,其比圆环状盘式谐振陀螺在频率裂解上具有更低的结构误差敏感度。综上说明该结构能有效抑制寄生模态干扰、抗冲击性能强且结构误差鲁棒性好,具有较好的发展前景。