一种半球谐振子非接触激励装置及频率特性辨识方法与流程

本发明属于半球谐振陀螺，设计一种非接触的半球谐振子激励方式和频率特性辨识方法，应用于半球谐振子的振动激励以及频差，刚性轴等频率特性辨识。

背景技术：

1、半球谐振陀螺为一种新型的振动陀螺，半球谐振子振动时的驻波在外基座转动时表现出明显的进动效应。半球谐振陀螺具有小型化，低成本，高精度，稳定性高，寿命长等优越应用特性，在海上舰艇、单兵战车、制导武器和卫星等武器装备领域已经广泛运用。

2、半球谐振子作为半球谐振陀螺最重要的组件，其状态性能对陀螺整表性能有着决定性的作用。在半球谐振子加工成型的过程中，无法做到振子各项性质趋近完美状态，其中半球谐振子的周向质量不均匀会导致振子振动时发生频率裂解，频差会直接影响陀螺整表的测试精度，谐振子需要经过频差调平才能进行整表装配。因此，谐振子频差是影响陀螺性能的关键因素，需要对谐振子频差进行辨识与调平，半球谐振子的频差和刚性轴所在位置的无损精准辨识是关键。

3、半球谐振子的频差辨识需要谐振子处于振动状态，目前常用的振动激励方式为小锤接触式激励方法和平面单点叉指电极激励方法，其中，小锤激励方法存在损坏振子表面可能性，无法控制激励力大小，对谐振子存在应力施加等问题，单点叉指电极存在激励力较小，无法在振子保持固定的状态下选择振子激励位置点等问题。

技术实现思路

1、针对目前常用的振动激励方式存在损坏振子表面可能性，及无法在振子保持固定的状态下选择振子激励位置点等问题，本发明的目的在于提供一种非接触式的半球谐振子激励装置及频率特性辨识方法，以克服现有技术存在的问题。

2、为了达到上述目的，本发明提供的非接触式的半球谐振子激励装置采取技术解决方案如下：

3、一种半球谐振子非接触激励装置，包括石英套筒、四个分立叉指电极、真空装置和多普勒激光测振系统，

4、所述石英套筒为一个上下无盖的空心圆柱，

5、所述四个分立叉指电极之间夹角为90°，镀在石英套筒上，

6、所述真空装置包含一套组合泵系统和真空腔室，

7、所述多普勒激光测振系统用于测量谐振子振动信号，用于频差和刚性轴辨识。

8、进一步的，所述石英套筒位于相邻两个叉指电极的中间位置留有一个缺口，用于谐振子激光测振。

9、进一步的，所述石英套筒具有z轴移动能力。

10、进一步的，所述叉指电极为梳齿状分布，具有周期性结构的电极。

11、根据本发明又一方面，提供了一种半球谐振子非接触激励装置的频率特性辨识方法，包括刚性轴辨识方法和频差辨识方法，采取技术方案如下：

12、将振子安装在真空腔室内，振子固定后，将叉指电极进行z向移动，使电极位置正对振子唇沿上方侧壁，保持叉指电极和振子之间间距在设定范围内；

13、所述刚性轴辨识方法为在同一大小激励下，分两步测量角度相差22.5°的两点振子振动信号，拟合出振子的刚性轴角度；

14、所述频差辨识方法为拍频测量法，选定谐振子上一点激励后，通过测量谐振子振动拍频信号，辨识出频差大小。

15、进一步的，使用组合泵系统把振子所处腔室环境抽至真空，保持振子振动时空气阻尼在较低水平，叉指电极通电；

16、进一步的，所述频差辨识方法为：在叉指电极上施加频率与谐振子共振频率一样的交流电压，激励谐振子以其共振频率振动，通过多普勒激光测振系统完成振子信号采集，信号测量点为振子上任意位置点，为记录振子的振动信号，在信号图中找到拍频包络中的两个波谷点，两个波谷点的时间间隔的倒数即为谐振子的频差大小。

17、进一步的，谐振子刚性轴辨识方法为：

18、第一步为选取振子任一点激励，得到该点的振动信号；第二步对振子施加与第一步同样的激励，使第二步测量中的振子振幅与第一步中的振幅基本一致，振子信号测量点为距第一个测量点22.5°的位置；得到两路振动信号，每路信号都为两个刚性轴振动信号在该点的分量的合成，通过对比两路相差22.5°的信号振幅大小，即能得出两个刚性轴的位置。

19、本发明相比于现有技术的有益效果：

20、(1)为一种非接触激励方法，不会损坏振子表面状态；

21、(2)可以通过控制驱动电压大小，控制每次激励振子的力大小一致，为测量过程简化提供条件；

22、(3)为多点侧面激励方式，有效面积相比于振子端面激励方式，作用面积更大，激励作用力更大，使振子振动信号更容易测量。

技术特征：

1.一种半球谐振子非接触激励装置，其特征在于，包括石英套筒、四个分立叉指电极、真空装置和多普勒激光测振系统，

2.根据权利要求1所述的一种半球谐振子非接触激励装置，其特征在于，所述石英套筒位于相邻两个叉指电极的中间位置留有一个缺口，用于谐振子激光测振。

3.根据权利要求1所述的一种半球谐振子非接触激励装置，其特征在于，所述石英套筒具有z轴移动能力。

4.根据权利要求1所述的一种半球谐振子非接触激励装置，其特征在于，所述叉指电极为梳齿状分布，具有周期性结构的电极。

5.基于权利要求1～4任一项权利要求所述的一种半球谐振子非接触激励装置的频率特性辨识方法，包括刚性轴辨识方法和频差辨识方法，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的频率特性辨识方法，其特征在于，所述频差辨识方法如下：

7.根据权利要求5所述的频率特性辨识方法，其特征在于，谐振子刚性轴辨识方法为：

技术总结
本发明公开了一种半球谐振子非接触激励装置及频率特性辨识方法，所述装置包括石英套筒、四个分立叉指电极、真空装置和多普勒激光测振系统。所述石英套筒为一个上下无盖的空心圆柱，所述四个分立叉指电极之间夹角为90°，镀在石英套筒上，所述多普勒激光测振系统用于测量谐振子振动信号。所述频率特性辨识方法，包括刚性轴辨识方法和频差辨识方法，所述刚性轴辨识方法为在同一大小激励下，分两步测量角度相差22.5°的两点振子振动信号，拟合出振子的刚性轴角度；所述频差辨识方法为拍频测量法，选定谐振子上一点激励后，通过测量谐振子振动拍频信号，辨识出频差大小。本发明为一种非接触激励方法，不会损坏振子表面状态。

技术研发人员：徐海刚,王建海,李泽章,朱毅,钟润伍,王宝军,梁文伟,杨丽,杜善宇,张超,李新月,张传忠,秦玉霞
受保护的技术使用者：北京自动化控制设备研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17