[发明专利]基于化学蒸气的半球谐振子修形系统及修形方法

说明书

本发明公开了基于化学蒸气的半球谐振子修形系统及修形方法，属于振动陀螺技术领域。本发明包括半球谐振子化学蒸气修形系统和半球谐振子化学蒸气修形方法两个部分。化学修形系统包括蒸气产生装置以及谐振子反应装置。基于设计的化学蒸气修形系统，通过确定谐振子的主轴方向及频率裂解、确定去除质量与频率裂解间的斜率、标定斜率确定修形时间、处理四个待修形区域等步骤，完成了对半球谐振子频率裂解的修调，解决了由频率裂解引起的半球谐振陀螺零偏漂移的问题，具有不降低半球谐振子品质因数、修形区域可控、修形效率高、系统简单、成本低等优点，在航天、航空、航海等惯性导航领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于振动陀螺技术领域，具体涉及到一种基于化学蒸气的半球谐振子修形系统及修形方法。

背景技术

半球谐振陀螺(Hemispherical Resonator Gyroscope,HRG)是一种新型哥氏振动陀螺仪(Coriolis Vibratory Gyroscopes)，利用哥氏振动效应(Coriolis Effect)测量转角和角速度，具有精度高、能耗低、寿命长、抗冲击，结构简单、不需要维护等特点，近年来在航天、航空、航海等领域得到广泛应用。

半球谐振陀螺的经典结构包括激励电极、熔融石英半球谐振子、敏感读出电极，其中熔融石英半球谐振子是半球谐振陀螺的核心敏感元件，其精度对整个陀螺的性能有着重要的影响。

对于理想的半球谐振子，激励模态和敏感模态频率相同，在自由振动时，振型方向是随机的。对于非理想谐振子，由于质量、刚度等误差的影响，谐振子将产生两个互成45°的固有轴系，又称振动主轴(Principle axis)。谐振子沿两个固有轴振动时谐振频率分别为ω₁和ω₂，如图1所示，二者之差的绝对值即为频率裂解。在实际应用中，常常要求半球谐振子n＝2模式的两个模态简并，即频率裂解越小越好。然而实际生产加工出来的谐振子不是完美的，由于谐振子四周的壁厚不均匀、谐振子弹性模量分布有差异等各种因素的影响，半球谐振子总是存在一定大小的频率裂解。研究表明，谐振子的频裂解是引起谐振陀螺零偏漂移的重要来源。如何降低谐振子的频率裂解，即调节谐振子的两个频率成分使其相等，是当前亟待解决的问题。

半球谐振子的修形，即通过改变谐振子的局部质量或者刚度来减小频率裂解。当前存在许多修形方法减小谐振子的频率裂解，一类是电学调平方法，通过实时改变电学参数，进而调节谐振子外围的刚度分布以改变频率裂解[对比文献1：Hu Z X,Gallacher B J,Burdess J S,Bowles S R,Grigg H T D.A systematic approach for precisionelectrostatic mode tuning of a MEMS gyroscope[J].Journal of Micromechanicsand Microengineering,2014,24(12):12503.]。这类方法的局限在于，调节范围有限，且功耗较大，降低频率裂解并不是永久性的。