专利名称：球形压电定子式陀螺仪的制作方法
技术领域：
本发明属于悬浮式机械陀螺领域，特别涉及一种姿态敏感陀螺仪。
背景技术：
陀螺仪是一种利用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或两个轴的角运动检测装置，主要包括陀螺转子、内外框架和附件(指力矩马达、信号传感器等)。采用非接触式的支承系统可有效减少干扰力矩，提高陀螺系统的精度。由于静电陀螺仪和磁悬浮陀螺仪的机理所致，高精度的代价带来了制造、加工的苛刻要求和高昂成本，甚至进一步提高精度时遇到难以逾越的技术瓶颈，系统极为复杂，难以微小化，使其并未获得广泛的领域应用。基于以上考虑，从原理、方法和工艺上来提出新型悬浮式陀螺机构，为实现更高性价比的陀螺仪提供了理论依据和技术支持，为研制更广泛的适用于航空、航天等高效率(节省能源)、机构紧凑的导航设备提供了新的选择。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供一种球形压电定子式陀螺仪，其结构简单，精度高。本发明为解决以上技术问题，所采用的技术方案是
一种球形压电定子式陀螺仪，包括球形定子、球形转子和夹持装置，球形定子由第一半球形压电定子和第二半球形压电定子相互扣合密封装配而成，且二者内部形成容置腔，所述两个半球形压电定子的内球面均镀银电极，外球面以相同形式分区镀银电极；球形转子位于球形定子的容置腔内，夹持装置包括分别固定于球形定子极轴两端的第一轴向夹持装置、第二轴向夹持装置和固定于球形定子赤道面处的径向夹持装置；对第一半球形压电定子的奇数分区和偶数分区分别施加相位差为η/2的正弦电压信号，从而激发出第一行波， 第二半球形压电定子与第一半球形压电定子的加电方式相同，从而激发出第二行波，球形转子在所述的第一行波和第二行波的作用下悬浮地旋转。上述第一半球形压电定子的外球面等分分区，所述分区的数目为波长数目的4 倍，且每两个相邻分区为一组，依次正向极化和反向极化。上述陀螺仪还包括上端盖、下端盖、第一外罩和第二外罩，其中，第一外罩和第二外罩分别罩设于第一半球形压电定子和第二半球形压电定子的外部，且二者之间夹设径向夹持装置并与之固定；而第一外罩和第二外罩的外端部则分别设置上端盖和下端盖，所述的上、下端盖还分别与第一轴向夹持装置、第二轴向夹持装置固定。采用上述方案后，本发明通过对压电材料制成的球形定子的逆压电效应激励出定子行波和定/转子之间的高强度行波声场，从而悬浮并驱动转子以非接触的形式高速旋转，球形转子与外界并没有任何机械接触，因此不存在传统的接触式轴承产生的固体间的摩擦力，有效避免了干扰力矩，从而提高陀螺仪的精度；另外，球形定子由压电材料直接制备成型，简化了整体结构，易于微小化，不受外磁场的影响，加工和装配都容易实现较高的精度。
图1是本发明的剖视图； 图2是本发明的分解示意图3是本发明中球形定子的有限元模型图； 图4是本发明中球形定子A相y向模态视图； 图5是本发明中球形定子A相ζ向模态视图； 图6是本发明中球形定子B相y向模态视图； 图7是本发明中球形定子B相ζ向模态视图8是本发明中球形定子的等分极化和配置方式图沿极轴方向的投影。
具体实施例方式以下将结合附图及具体实施例对本发明的结构及工作原理进行详细说明。如图2所示，本发明提供一种球形压电定子式陀螺仪，包括球形定子、球形转子和夹持装置，以下将分别介绍。球形定子由压电材料直接制备而成，在本实施例中，为方便装设，球形定子由第一半球形压电定子11和第二半球形压电定子12扣合密封装配而成，并在二者之间形成有容置腔13，所述的第一、二半球形压电定子11、12形态相同，均于内球面完全镀银电极，而外球面则分区镀银电极，所述分区可采用等分方式，也可采用不等分方式，以等分方式效果尤佳，在本实施例中，即采用等分分区的方式，且分区的数目为波长数目的4倍，配合图8所示，对第一半球形压电定子11而言，为激发出第一行波，波长为7个波长，将其等分为观个分区，弧长及极化方向依次为
% _，其中奇数分区构成A相极化区，偶数分区构成B相极化区，而第二半球形压电定子12
与第一半球形压电定子11的分区及极化方式相同，在此不再赘述。球形转子2位于球形定子的容置腔13内，且与球形定子并无连接。夹持装置用于将球形定子在轴向和径向两个方向上进行夹持固定，在本实施例中，夹持装置包括进行轴向夹持的第一轴向夹持装置31、第二轴向夹持装置32和进行径向夹持的径向夹持装置33，配合图2所示，其中，第一轴向夹持装置31和第二轴向夹持装置 32分别位于球形定子的极轴两端，并分别与第一半球形压电定子11、第二半球形压电定子 12固定；径向夹持装置33位于球形定子的赤道面处，并环套在球形定子的外部。配合图1和图2所示，本发明还包括上端盖41、下端盖42、第一外罩51和第二外罩52，其中，第一外罩51和第二外罩52分别罩设于第一半球形压电定子11和第二半球形压电定子12的外部，且二者之间夹设径向夹持装置33并与之固定；而第一外罩51和第二外罩52的外端部则分别设置上端盖41和下端盖42，所述的上、下端盖41、42还分别与第一轴向夹持装置31、第二轴向夹持装置32固定，从而将球形转子加以定位。在实际应用时，在第一半球形压电定子11的A、B相极化区依次接入两相相位差 JI /2的正弦电压信号，从而激发出第一行波，见图4中的P所示，而第二半球形压电定子12 与第一半球形压电定子11的加电方式相同，在激励电压作用下产生第二行波，见图4中的 Q所示，特别地，如若产生反向的行波，只需改变或互换输入信号即可。接续前述，结合图5至图7所示，第一行波和第二行波在球形定子、球形转子2之间形成高强度的行波声场，为球形转子2提供悬浮力及驱动力，从而悬浮球形转子2并驱动其以非接触的形式沿行波的传播方向高速旋转，使球形转子2的阻力矩降到最小。以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
权利要求
1.一种球形压电定子式陀螺仪，其特征在于包括球形定子、球形转子和夹持装置，球形定子由第一半球形压电定子和第二半球形压电定子相互扣合密封装配而成，且二者内部形成容置腔，所述两个半球形压电定子的内球面均镀银电极，外球面以相同形式分区镀银电极；球形转子位于球形定子的容置腔内，夹持装置包括分别固定于球形定子极轴两端的第一轴向夹持装置、第二轴向夹持装置和固定于球形定子赤道面处的径向夹持装置。
2.如权利要求1所述的球形压电定子式陀螺仪，其特征在于所述第一半球形压电定子的外球面等分分区，所述分区的数目为波长数目的4倍，且每两个相邻分区为一组，依次正向极化和反向极化。
3.如权利要求1所述的球形压电定子式陀螺仪，其特征在于所述陀螺仪还包括上端盖、下端盖、第一外罩和第二外罩，其中，第一外罩和第二外罩分别罩设于第一半球形压电定子和第二半球形压电定子的外部，且二者之间夹设径向夹持装置并与之固定；而第一外罩和第二外罩的外端部则分别设置上端盖和下端盖，所述的上、下端盖还分别与第一轴向夹持装置、第二轴向夹持装置固定。
全文摘要
本发明公开一种球形压电定子式陀螺仪，包括球形定子、球形转子和夹持装置，球形定子由第一、二半球形压电定子相互扣合密封装配而成，且二者内部形成容置腔，所述两个半球形压电定子的内球面均镀银电极，外球面以相同形式分区镀银电极；球形转子位于球形定子的容置腔内，夹持装置包括分别固定于球形定子极轴两端的第一、二轴向夹持装置和固定于球形定子赤道面处的径向夹持装置；对第一半球形压电定子的奇数分区和偶数分区分别施加相位差为π/2的正弦电压信号，从而激发出第一行波，第二半球形压电定子与第一半球形压电定子的加电方式相同，从而激发出第二行波，球形转子在所述的第一行波和第二行波的作用下悬浮地旋转。此种陀螺仪结构简单，精度高。
文档编号G01C19/56GK102175235SQ20111002392
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者李繁, 贾兵, 陈超 申请人:南京航空航天大学