一种直接输出频率谐振式陀螺研究系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种直接输出频率谐振式陀螺研宄系统，属于直接输出频率谐振式陀 螺理论研宄和实验验证领域。
【背景技术】
[0002] 陀螺是实现在惯性空间测量旋转角速度或角位移的装置。在当今科学技术领域具 有极其重要的地位，在国民经济发展和国防现代化建设中发挥着重要作用。陀螺技术及应 用的水平很大程度上反映着信息技术的水平，也影响着科学技术的发展与进步。
[0003] 对于谐振式陀螺，最早最简单的结构形式就是傅科摆（Foucault pendulum)。为了 证明地球在自转，傅科于1851年在巴黎国葬院的大厅里做了一次成功的复合周期式摆动 实验，从而有力地证明了地球是在自转，傅科摆由此而得名。
[0004] 本发明研宄的频率型微陀螺，基于被测旋转角速度改变了复合敏感结构的等效刚 度，通过改变等效刚度实现对复合敏感结构频率的变化，即可以通过敏感结构自身的谐振 频率与被测角速度的内在关系实现测量。因为频率信号是数字信号，抗干扰能力强，信号处 理方便，无需A/D或V/F变换，这就从根本上解决了上面提到的自身抗干扰弱的问题，测量 精度可望大大提高。因此，频率型微陀螺成为谐振式微机械陀螺的发展重点与热点。
[0005] 频率型微陀螺的原理模型最早由加州大学伯克利分校的A. A. Seshia在2002年的 IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems 国际会议上提 出的，报告中还给出实验样件和初步测试结果，但没有相关的较为深入的理论研宄内容。随 后一些高等院校和科研机构也对相关研宄做了零星报道，多是陀螺结构与原理的简单定性 描述，针对谐振子振动特性的深入研宄一直未见公开报道。
[0006] 直接输出频率陀螺的动力学方程可用mathieu方程表示，如公式（1)所示：
【主权项】
1. 一种直接输出频率谐振式陀螺研宄系统，其特征在于：包括信号激励单元（1)、磁致 伸缩作动器（2)、谐振子（3)、信号检测单元（4)和底座（5);信号激励单元（1)包括微控 制单元（11)、信号发生器（12)、功率放大器（13);谐振子（3)包括谐振音叉（31)、连接杆 (32)、拉力弹簧（33)、支撑架（34);信号检测单元（4)包括示波器（41)、频谱仪（42)、计算 机（43);信号激励单元（1)根据实验目的，由微控制器（11)生成目标信号至信号发生器 (12)，该目标信号为正弦驱动信号或者瞬变激励信号，经信号发生器（12)输出对应的模拟 信号，然后经过功率放大器（13)输出可驱动磁致伸缩作动器（2)的功率信号；信号激励单 元（1)产生的驱动信号输入至磁致伸缩作动器（2)的激励线圈，同时给偏置线圈加载一定 的偏置电流，产生偏置磁场，在激励磁场和偏置磁场共同作用下，磁致伸缩棒产生与驱动信 号对应的形变，从而带动连接杆（32)运动，从而作用于谐振子（3)的可动端；谐振音叉（3) 在外力作用下，其固有谐振频率随着外作用力的改变而改变，磁致伸缩作动器（2)、谐振子 (3)固定在底座（5)，并保持磁致伸缩作动器（2)的中心轴与谐振子（3)轴中心在一条直线 上。
2. 根据权利要求1所述的一种直接输出频率谐振式陀螺研宄系统，其特征在于：所述 谐振子（3)包括谐振音叉（31)、压力弹簧（32)、固定支架（33)、调节螺母（34)组成；谐振 音叉（31) -端固定在底座上，另一端由压力弹簧（32)固定在固定支架（33)上，通过压力 弹簧（32)加载一定的轴向预紧力在音叉可动端，实现谐振音叉（31)的初始应力设置。
3. 根据权利要求1所述的一种直接输出频率谐振式陀螺研宄系统，其特征在于：所述 的磁致伸缩作动器（2)中的磁致伸缩棒应为磁致伸缩材料或者超磁致伸缩材料制备。
【专利摘要】本发明公开了一种直接输出频率谐振式陀螺研究系统，主要应用于直接输出频率谐振式陀螺的理论与实验研究，包括磁致伸缩作动器、谐振子、信号激励单元、信号检测单元。信号激励单元根据谐振式陀螺质量块在科氏力作用下的力学特征产生正弦波驱动信号作用于磁致伸缩作动器，令其在轴向方向上施加交变的正弦力，并作用于谐振子的可动端，谐振子的固有谐振频率随之改变，从而实现了直接输出频率谐振式陀螺的原理和功能验证，可通过改变驱动单元的输出信号来模拟陀螺在不同结构模型、不同角速率输入、不同谐振子的工作特性，并且可通过输入非线性驱动信号来获得陀螺在非线性信号输入时的非线性动态特征，为陀螺的非线性研究提供有效的研究方法和实验平台。
【IPC分类】G01C25-00
【公开号】CN104677383
【申请号】CN201510105202
【发明人】樊尚春, 曹乐, 郭占社
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月11日