[发明专利]杯形波动陀螺的杯形谐振子及其机械平衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陀螺仪的谐振子及其平衡方法，尤其涉及一种固体波动陀螺的谐振子及其谐振频率、振型的调节方法。

背景技术

杯形波动陀螺是一种新型固体波动陀螺，利用杯形结构中弹性波的惯性效应实现角速动测量。杯形波动陀螺具有固体波动陀螺特有的精度高、能耗小、准备时间短、工作温度范围大、抗电离辐射能力强、抗冲击振动好、使用寿命长等优点，发展和应用前景极为广阔。

杯形波动陀螺的工作原理为：给其谐振子底面相互垂直的四个压电激励电极施加交流电压，由逆压电效应产生的电极振动通过传振结构传递到谐振环，激励出如图1所示的谐振子的驱动模态，由图1可见，谐振子的驱动模态为环向波数为2的驻波，其中波腹点处的振幅最大，波节点处的振幅为零，波腹点连线构成固有刚性轴系；当有轴向角速度输入时，谐振环在哥氏力的作用下产生如图2所示的另一固有刚性轴系的检测模态振动，谐振环检测模态下的振动通过传振结构传递到相互垂直的四个压电敏感电极，由压电效应产生的敏感信号经过电路和软件处理即可得到输入角速度。

然而，在杯形波动陀螺的制造过程中，杯形波动陀螺谐振子的加工误差会导致谐振子的振型偏移和固有频率裂解，这直接影响了杯形波动陀螺的精度及灵敏度。因此，在其谐振子制造完成之后，通常需要对谐振子进行平衡调节，这种工作将延长产品制造周期，增加成本。传统的普通谐振子调平是在谐振子的边缘去除一定质量的振动部分材料，修形手段比较单一，对修形设备的要求极高，且谐振子需要调节的频率差值越小，对去除的材料量要求越少，操作难度大，调节时间长，经济性不好；而对于杯形谐振子的平衡方法尚在研究之中，未见有相关报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、适于对谐振频率及振型精细调节的杯形波动陀螺的杯形谐振子，还提供一种操作简单、加工方便、精度高、效率高、成本小的杯形波动陀螺的杯形谐振子的机械平衡方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种杯形波动陀螺的杯形谐振子，所述杯形谐振子包括一圆筒形侧壁和固接于侧壁底部的圆形底盘，所述侧壁包括上部的谐振环和下部的传振部，所述底盘中心设有一安装底座，所述谐振环顶部沿圆周方向均匀布设有若干个修形槽(修形槽的数量一般为8的倍数)，所述安装底座外围的底盘上均匀布设有若干个修形孔(修形孔的数量一般为8的倍数)。所述修形槽和修形孔的数量并无严格要求，本领域人员可根据不同杯形谐振子的形状、尺寸及加工难度和加工成本的要求，自行确定修形槽和修形孔的数量，比较常用的开孔(槽)数量可以为8个、16个或32个等等。

上述杯形波动陀螺的杯形谐振子的工作原理为：所述谐振环通过传振部与底盘相连接，在底盘的相邻两个修形孔之间贴有压电电极，激励压电电极的振动通过传振部传递到谐振环，激励谐振环在工作模态谐振，谐振环的振动也通过传振部传递到底盘的检测压电电极。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种针对上述杯形波动陀螺的杯形谐振子的机械平衡方法，包括以下步骤：首先，对所述杯形谐振子进行静平衡调节，使该杯形谐振子的质心与杯形谐振子的理想中心轴相重合；然后，对所述杯形谐振子的谐振环进行修形，使杯形谐振子的工作模态频率差值减小到可通过后续的底盘再修形进行调节的误差范围内；再对所述杯形谐振子的底盘进行再修形，使杯形谐振子的频率差值进一步减小到期望值范围内；最后，通过对所述杯形谐振子的底盘进行终修形，使杯形谐振子的振型与期望方向一致。可见，本发明的机械平衡方法是一种谐振环修形与底盘修形相结合的机械平衡方法。

上述的机械平衡方法中，所述静平衡调节是选择在杯形谐振子底盘的修形孔处进行扩孔操作，以确保杯形谐振子的质心在理想中心轴上。所述静平衡调节的具体操作优选是：根据所述杯形谐振子的质心偏移情况，对所述底盘上的不同修形孔进行扩孔操作。需要选择修形的修形孔的数量与位置将依据杯形谐振子的质心偏移情况而定，质心偏移越大，可能需要的修形量越多。值得提及的是，所述安装底座主要起安装固定作用，其并不是杯形波动陀螺的有效振动部分，因此不应将安装底座计算在杯形谐振子的有效总重量中。对修形孔进行修形的方法并不仅限于上述优选的扩孔操作，其实也可以是以其他一些不规则形状去除材料，但这可能会带来修形成本上的增加。