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。     

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。     

半球谐振陀螺技术发展概述

半球谐振陀螺是惯导级的固体振动陀螺,其高精度、高可靠性和长寿命的 特点非常适应空间应用。在国外空间应用中已取得了巨大的成功,国内半球谐振陀螺仪 已通过飞行试验,验证了其性能可满足工程应用的要求,目前正在开展半球谐振陀螺应 用技术与高精度、小型化惯性测量组合的技术研究,拓展应用领域。概述了半球谐振陀 螺的基本原理、国内外技术发展情况、相关关键技术以及技术发展方向。     

半球谐振陀螺技术发展趋势

半球谐振陀螺 （Hemispherical Resonator Gyroscope, HRG）是一种高可靠、长寿命、高精度的振动陀螺,具有一系列独特优势,适宜于空间领域。简要叙述了半球谐振陀螺的工作原理,对半球谐振陀螺的优势和关键技术进行了阐述,介绍了国内外发展现状和国外主要应用方向,以及半球谐振陀螺技术的发展趋势。     

半球谐振陀螺全角模式控制技术研究

介绍了半球谐振陀螺全角模式的工作机理及其技术特点。对全角模式下振型的控制进行了理论分析,采用乘法相干解调对陀螺振型参数进行提取,并采用参数激励方法对谐振子进行驱动和控制。设计了数字电路进行实验,结果表明该全角模式控制技术实现了半球谐振陀螺的角速率积分功能,能够0°～360°全角度敏感输出,测得的角速度测量值超过300(°)/s,角度测量线性度优于10~(-4),与传统的力平衡模式相比,半球谐振陀螺的动态特性得到大幅提升。     

半球谐振陀螺精密集成组装技术探讨

半球谐振陀螺零件制造的高精度和对称性是保障产品性能指标的关键,当前制造技术的短板是制约半球谐振陀螺性能指标提升、高合格率和低成本制造,以及批量生产的主要原因之一,集成组装是半球谐振陀螺制造过程的关键环节。因此提出了面向半球谐振陀螺装配的"六心一线"目标,即半球谐振子几何球心、质量中心、谐振中心、激励罩的激励电极中心、读出基座输出检测中心以及形成的静电场中心必须做到同心、同轴,探讨了保证"六心一线"的集成装调技术,为保障半球谐振陀螺的装配精度、性能和装配合格率提供技术支持。     

半球谐振陀螺发展的技术特征

半球谐振陀螺具有一系列独特的优势,已成功在多个国家得到应用,各国在结构、控制电路等方面均有差异,其应用领域也各有侧重。首先介绍了各国半球谐振陀螺的发展状况,分析了其在结构、控制电路、工作模式以及应用领域上的差异。阐述了国内半球谐振陀螺力平衡模式的控制电路特点及实现,已成功应用在卫星平台。最后通过与国外半球谐振陀螺的对比,对国内半球谐振陀螺的发展方向进行了展望。     

半球谐振陀螺研究现状与发展趋势

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,具有结构简单、精度高、功耗低、寿命长、可靠性好、抗空间辐射等优点,是捷联惯性导航系统的理想陀螺仪,在宇航领域具有独特的应用优势。半球谐振陀螺的理论精度不受量子尺寸效应限制,是高精度、微型化陀螺的重要发展方向之一。首先介绍了半球谐振陀螺的基本工作原理,其次介绍了半球谐振陀螺的发展历程,综述了半球谐振陀螺的国内外研究现状,最后对半球谐振陀螺的发展趋势进行了展望。     

序言

正回顾半球谐振陀螺技术发展历史,应该说,美国诺格公司(含台尔柯、利顿阶段)发明并发展了半球谐振陀螺,而法国萨基姆公司(后合并为赛峰公司)赋予了半球谐振陀螺新的发展空间和机遇。2000年前后,萨基姆公司提出平面电极两件套方案,并在此基础上先后突破了全角控制、参数自校准、谐振子批量制造等关键难题,针对陆海空天多个应用领域研制了典型产品,特别是2018年发布了精度可达1海里/5天的战略级惯导系统,以至于该公司信心满满的宣称半球谐振陀螺将改变惯性技术版图,并对其进行大力商业推广。这一系列动作和成果引人瞩目,美、俄以及我国近年来重新关注半球谐振陀螺技术的发展,并投入了极大的研究热情。     

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。     

圆柱壳体振动陀螺技术现状与发展趋势

圆柱壳体振动陀螺具有精度高、寿命长、体积小、抗冲击强等突出优点,在精确制导武器尤其是战术武器等装备领域中具有广阔的应用空间,已成为当前振动陀螺的热点研究方向之一。简要介绍了圆柱壳体振动陀螺的发展历程,并对其材料、加工制造和电路控制等方面的关键技术、研究现状进行了梳理。最后,对圆柱壳体振动陀螺的未来发展趋势进行了讨论,并指出0.1(°)/h以下的小型化、高性能圆柱壳体振动陀螺将有广阔的发展空间。     

冷原子干涉陀螺仪技术专利分析研究

冷原子干涉陀螺仪是下一代超高精度陀螺仪的重要发展方向,有望在新一代惯性导航技术中开辟全新的技术途径.冷原子干涉陀螺仪在高性能武器和深空探测等领域有广泛的应用前景,首要应用方向是最高价值的战略级大型武器平台,包括弹道导弹、战略核潜艇、远程战略轰炸机等.围绕冷原子干涉陀螺仪的相关技术进行专利分析研究,包括技术分布、申请趋势、申请区域和重点申请人分析,旨在了解该技术领域的技术发展现状和分布情况,并通过对重点专利的解读,预测该技术的发展趋势,并对我国冷原子干涉陀螺仪技术的发展提出建议.     

嵌套环MEMS陀螺研究综述

嵌套环MEMS谐振陀螺是一种基于Coriolis效应的振动陀螺,具有结构全对称、加工鲁棒性好、电容灵敏度高、可采用传统体硅加工工艺实现批量化制造等优点,是目前最具性能潜力的微陀螺方案之一。首先阐述了嵌套环MEMS谐振陀螺的基本结构和工作原理,然后针对其在敏感结构设计及演化、品质因数提升、频率匹配技术、非线性效应与参数放大技术及零偏补偿技术等方面的发展进行了讨论,并对其在结构设计、加工技术、测控电路、新机理和新效应的应用等方面的发展进行了展望。嵌套环MEMS谐振陀螺可以实现高精度的角速率测量,具有巨大的性能潜力和较好的应用前景。     

战术导弹用MEMS陀螺仪研制进展及关键技术

MEMS陀螺仪具有体积小、质量轻、启动快、可靠性高、价格低、易于大批量生产、能承受恶劣环境条件等突出优势,可广泛应用于防空导弹、反坦克导弹、便携式导弹、航空制导炸弹等制导武器.介绍了MEMS陀螺仪的基本原理、发展现状,分析了战术导弹对MEMS陀螺仪的应用需求,指出了MEMS陀螺仪在战术导弹型号应用中需解决微机械加工工艺、全温性能指标、复合力学环境等关键技术问题,对MEMS陀螺仪在战术导弹中的应用具有指导意义.     

2021年国外惯性技术发展与回顾

对2021年IEEE惯性传感器与系统会议、MEMS国际会议、圣彼得堡组合导航会议等惯性技术相关会议文献,以及惯性技术领域相关机构披露的动态信息进行详细梳理。总结了光学陀螺、微机电(MEMS)陀螺、半球谐振陀螺(HRG)、原子陀螺和加速度计等惯性仪表及惯性系统的发展现状,并对惯性技术领域的发展动向进行了剖析与展望。     

惯导平台系统研究进展与发展趋势思考

现代军事应用中,远程导弹武器主要功能是精确打击关键军事目标,制导精度成为其首要性能指标。当前,国内外远程武器采用的主流惯性器件为惯导平台系统,平台框架在发射前可控制台体旋转实现自对准、自标定等功能。在导弹飞行过程中,平台控制台体稳定于惯性空间,通过隔离角运动提高惯性仪表使用精度,因而成为远程制导系统的首选惯性器件。我国惯导平台系统技术从20世纪60年代起步至今,先后经历了滚珠轴承平台、气浮陀螺平台、动调陀螺平台、静压液浮平台以及三浮平台系统的发展历程。目前,在研新型远程导弹制导系统主要采用基于三浮陀螺及陀螺加速度计的三浮平台系统,其关键技术包括亚微米精度特种材料加工与装配技术、抗高过载环境高可靠三浮惯性仪表技术、惯性/天文复合制导技术以及惯导平台自对准与自标定技术。近年来,以光学陀螺、半球谐振陀螺等为代表的新型惯性仪表的工程应用精度逐步提升。以平台稳定控制技术为基础,构建基于新型固态陀螺的惯导平台体系架构,将会推动我国远程武器性能跨越式发展。通过分析光纤陀螺、半球谐振陀螺等新型惯性仪表的技术优势以及新一代制导系统小型化、数字化、智能化等性能需求,对我国远程制导用惯导平台技术发展提出了几点建议。     

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。