壓電微固體模態(tài)陀螺參考振動的優(yōu)化及振子支撐技術(shù)的研究.pdf

1、壓電微固體模態(tài)陀螺儀是一種新型全固態(tài)角速度傳感器，它利用壓電質(zhì)量塊的某高階共振模態(tài)作為參考振動，以壓電材料的逆壓電效應作為驅(qū)動機理，正壓電效應和哥氏加速度效應作為檢測機理。壓電微固體模態(tài)陀螺的振子為一方形固體，與傳統(tǒng)機械振動陀螺相比，該陀螺抗沖擊、抗震動能力強，具有廣泛的應用前景。該壓電微陀螺結(jié)構(gòu)、工作機制比較新穎，性能受到很多因素的影響，對陀螺儀參考振動模態(tài)的驗證優(yōu)化以及支撐技術(shù)方面的研究不僅有利于性能的提升，還為后續(xù)結(jié)構(gòu)、封裝的優(yōu)化

2、提供了理論和實驗基礎。
　　本文采用有限元分析、激光測振儀測試與阻抗分析儀測試相結(jié)合的方法從理論和實驗上分析并驗證了陀螺的參考振動模態(tài)。通過模態(tài)分析、諧振分析得到參考模態(tài)的階數(shù)及振型特征，掃描激光測振儀不僅使振型可視化，同時，也測得了陀螺實際的參考振動模態(tài)參數(shù)(諧振頻率、振動速度)；阻抗分析儀通過對陀螺的導納圓和等效電路進行分析得到相關的參數(shù)。3種方法得到的諧振頻率分別是343.500kHz、346.094kHz，347.316

3、kHz，實驗結(jié)果與理論分析的相對誤差僅為0.76％和1.11%，結(jié)果基本一致；仿真得到的模態(tài)振型與掃描測試觀察到的振型符合得很好，從實驗角度證實了理論仿真的正確性與可靠性。
　　本文采用有限元方法分析了壓電振子安裝時支撐方式、支撐點位置以及支撐點接觸面積對參考振動的影響。分析結(jié)果表明，單點支撐下上下相鄰檢測電極輸出電壓幅值不對稱，兩點支撐可以很好的避免這個問題。兩點支撐下，相對于接觸面積的變化，支撐點位置的變化對陀螺參考模態(tài)的影響

4、更大。隨著支撐點接觸面積的增大，參考電極、檢測電極上的輸出電壓略有減小，對應的諧振頻率會增大；支撐點偏離面心，會使得電極輸出電壓及對應的諧振頻率不對稱，而z向位移帶來的影響更顯著，不利于后續(xù)閉環(huán)驅(qū)動和哥氏力檢測。根據(jù)該研究結(jié)果，設計了兩點支撐框架，將陀螺封裝在密閉的腔體內(nèi)，有效地提高了機械品質(zhì)因數(shù)，保證陀螺長期穩(wěn)定的工作。
　　最后對電路系統(tǒng)中的濾波電路和移相電路進行了改進，使得其能更好的跟蹤陀螺頻率，提供幅值穩(wěn)定的正弦驅(qū)動信號。