發(fā)布時間：2017-10-12 20:05

  本文關鍵詞：抗高過載錐形振子式角速率陀螺關鍵技術研究

  更多相關文章： 角速率陀螺 錐形振子 振動特性 抗高過載 頻率裂解抑制

【摘要】：隨著隧道挖掘、礦山開采、石油勘探、城市地下管線鋪設、精確制導武器等領域技術的突飛猛進,迫切需要能夠在高過載環(huán)境下對運動體角速度進行精確測量的陀螺。本文借鑒中國傳統(tǒng)大鐘結(jié)構(gòu),提出了一種抗高過載錐形振子式角速率陀螺。作為陀螺核心敏感元件的錐形振子,其振動特性、抗過載特性、頻率裂解等關鍵特性直接制約錐形振子式角速率陀螺能否實現(xiàn)抗高過載和精度的兼顧。為此,本文圍繞錐形振子,開展了以下研究:(1)針對錐形振子的幾何特征,分別建立了錐形振子在外部角速度和外部軸向過載作用下的動力學方程。推導出了錐形振子二階固有頻率與進動因子,建立了錐形振子二階固有頻率與振子結(jié)構(gòu)特征參數(shù)、外部軸向過載的關系,為研究錐形振子的振動特性和抗過載特性奠定了理論基礎。(2)錐形振子的振動特性研究。針對影響陀螺靈敏度和抗干擾能力的錐形振子二階固有頻率和振幅等關鍵振動特性,在錐形振子材料特性的約束條件下,根據(jù)建立的錐形振子在外部角速度作用下的動力學方程,對錐形振子的結(jié)構(gòu)特征參數(shù)進行了優(yōu)化。同時,考慮使得錐形振子的振幅達到最大,建立了激勵組件施加于錐形振子的剪切力模型,優(yōu)化了激勵組件的結(jié)構(gòu)參數(shù)。(3)錐形振子的抗過載特性研究。針對影響陀螺抗過載能力的錐形振子固有頻率和應力等特性,根據(jù)建立的錐形振子在外部軸向過載作用下的動力學方程,在錐形振子材料約束條件下,研究了錐形振子結(jié)構(gòu)特征參數(shù)對固有頻率特性和應力特性的影響,得到了錐形振子的優(yōu)化結(jié)構(gòu)特征參數(shù)。(4)針對影響錐形振子式角速率陀螺精度的錐形振子頻率裂解問題,通過將有缺陷的錐形振子等效為振子頂部邊緣的質(zhì)量缺陷,建立了錐形振子的質(zhì)量缺陷模型。提出了一種非接觸頻率裂解抑制方法,有效抑制了錐形振子的頻率裂解。(5)對錐形振子式角速率陀螺的電路進行了設計,完成了陀螺原理樣機的研制,并對樣機進行了性能和抗過載能力測試,得到錐形振子式角速率陀螺的零位漂移為0.76°/h,線性度0.7%,分辨率0.05°/s,抗過載能力不低于10000g。
【關鍵詞】：角速率陀螺 錐形振子 振動特性 抗高過載 頻率裂解抑制
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN96
【目錄】：

• 摘要5-6
• abstract6-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 研究目的和意義11-12
• 1.2 振動陀螺的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢12-22
• 1.2.1 半球諧振陀螺12-15
• 1.2.2 微機械振動陀螺15-19
• 1.2.3 壓電振動陀螺19-22
• 1.3 本論文主要研究內(nèi)容與章節(jié)安排22-25
• 第2章 錐形振子式角速率陀螺的機理研究25-41
• 2.1 錐形振子式角速率陀螺總體結(jié)構(gòu)與工作原理25-27
• 2.1.1 總體結(jié)構(gòu)25-26
• 2.1.2 工作原理26-27
• 2.2 錐形振子的動力學方程建立27-39
• 2.2.1 錐形振子的結(jié)構(gòu)27
• 2.2.2 錐形振子的坐標系定義27-28
• 2.2.3 錐形振子在外部角速度作用下的動力學方程28-36
• 2.2.4 錐形振子在外部過載作用下的動力學方程36-39
• 2.3 本章小結(jié)39-41
• 第3章 錐形振子振動特性研究41-61
• 3.1 抗高過載錐形振子的材料約束和結(jié)構(gòu)特征參數(shù)提取41-43
• 3.1.1 材料約束與確定41-42
• 3.1.2 結(jié)構(gòu)特征參數(shù)提取42-43
• 3.2 錐形振子結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的優(yōu)化43-50
• 3.2.1 錐形振子二階固有頻率的要求43-46
• 3.2.2 半錐角因素分析與優(yōu)化46-47
• 3.2.3 壁厚因素分析與優(yōu)化47
• 3.2.4 頂部半徑因素分析與優(yōu)化47-48
• 3.2.5 底部半徑因素分析與優(yōu)化48-50
• 3.3 激勵組件對剪切力的影響50-60
• 3.3.1 PZT的力電耦合模型52-53
• 3.3.2 膠層的力學模型53-54
• 3.3.3 膠層對剪切力的影響與優(yōu)化54
• 3.3.4 PZT對剪切力的影響與結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化54-60
• 3.4 本章小結(jié)60-61
• 第4章 錐形振子抗過載特性研究61-75
• 4.1 外部軸向過載下錐形振子二階固有頻率特性61-68
• 4.1.1 結(jié)構(gòu)特征參數(shù)對固有頻率的影響62-66
• 4.1.2 過載值對錐形振子二階固有頻率的影響66-68
• 4.2 外部軸向過載下錐形振子的應力特性68-72
• 4.2.1 結(jié)構(gòu)特征參數(shù)對振子應力的影響68-71
• 4.2.2 過載值對錐形振子最大應力的影響71-72
• 4.3 抗過載錐形振子結(jié)構(gòu)特征參數(shù)優(yōu)化與特性對比72-74
• 4.3.1 抗過載錐形振子結(jié)構(gòu)特征參數(shù)優(yōu)化72
• 4.3.2 抗過載特性對比72-74
• 4.4 本章小結(jié)74-75
• 第5章 錐形振子頻率裂解抑制研究75-90
• 5.1 錐形振子的頻率裂解特性75-78
• 5.1.1 錐形振子頂部邊緣的動力學方程75-77
• 5.1.2 錐形振子頻率裂解對振子輸出的影響77-78
• 5.2 錐形振子頻率裂解抑制方法研究78-89
• 5.2.1 錐形振子頻率裂解的質(zhì)量缺陷模型78-81
• 5.2.2 頻率裂解抑制有限元仿真81-85
• 5.2.3 非接觸頻率裂解抑制方法85-89
• 5.3 本章小結(jié)89-90
• 第6章 錐形振子式角速率陀螺原理樣機設計與測試90-105
• 6.1 錐形振子式角速率陀螺的電路設計90-92
• 6.1.1 電路總體結(jié)構(gòu)90-91
• 6.1.2 信號解算方法91-92
• 6.2 整機設計92-95
• 6.2.1 整機結(jié)構(gòu)設計92-94
• 6.2.2 抗過載仿真94-95
• 6.3 陀螺原理樣機測試95-104
• 6.3.1 振子模態(tài)測試95-97
• 6.3.2 電路測試97-98
• 6.3.3 陀螺效應測試98-99
• 6.3.4 轉(zhuǎn)臺跟蹤試驗99-100
• 6.3.5 陀螺零位漂移測試100-101
• 6.3.6 標度因數(shù)線性度測試101-102
• 6.3.7 分辨率測試102
• 6.3.8 抗過載測試102-104
• 6.4 本章小結(jié)104-105
• 結(jié)論105-108
• 參考文獻108-115
• 攻讀學位期間發(fā)表的論文與研究成果清單115-116
• 致謝116

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王劍秋;吳宇列;張勇猛;;基于MEMS聲傳感器的圓柱殼體振動陀螺振型檢測技術[J];傳感技術學報;2014年10期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 趙洪波;半球諧振陀螺儀誤差機理分析與誤差抑制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

2 王旭;半球諧振陀螺誤差建模補償與力平衡控制方法研究[D];國防科學技術大學;2012年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 周睿;哥氏振動陀螺的誤差分析與建模[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

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本文編號：1020636