本发明专利技术属于振动陀螺技术领域，具体是涉及到一种振动陀螺不平衡质量修调方法及测试装置，包括以下步骤：S1、将振动陀螺驱动至摇摆模态，进行二次谐波误差的检测与修调；S2、将振动陀螺驱动至摇摆模态，进行一次谐波误差的检测与修调；S3、将振动陀螺驱动至上下模态，进行三次谐波误差的检测与修调，本发明专利技术通过对谐振结构振动位移检测，通过多个模态的振动位移计算出谐振结构的二次谐波误差、一次谐波误差和三次谐波误差。能够在不增加额外结构的条件下，快速实现振动陀螺不平衡质量检测，具有检测效率高，硬件成本低的优势。硬件成本低的优势。硬件成本低的优势。
【技术实现步骤摘要】
一种振动陀螺不平衡质量修调方法及测试装置
[0001]本专利技术属于振动陀螺
，具体是涉及到一种振动陀螺不平衡质量修调方法及测试装置。
技术介绍
[0002]陀螺仪是测量惯性空间内角度和角速度的仪器，在石油勘探、稳定平台、空间飞行器、精确制导武器、无人系统等领域具有非常重要的应用价值。
[0003]振动陀螺是陀螺仪的一种，其工作原理是利用静电、压电等方式使谐振结构处于稳定振动状态，敏感轴的输入角度/角速度产生的哥氏力使谐振结构的振动状态产生改变，通过检测振动的改变量可计算出输入的角度/角速度。谐振结构是振动陀螺的敏感元件，其振动特性直接决定了振动陀螺的性能上限。实际加工中，由于材料和结构尺寸误差，谐振结构的几何形状出现非理想偏差，通常用不平衡质量来描述这种非理想偏差。其中，一次谐波误差、二次谐波误差、三次谐波误差、四次谐波误差是不平衡质量的主要组成部分。
[0004]四次谐波误差会使谐振结构工作模态（n=2椭圆模态）驱动模态和检测模态的谐振频率出现差值，降低陀螺的灵敏度，带来正交误差。二次谐波误差会使谐振结构的n=1摇摆模态的两个寄生模态产生频差。此外，一次谐波误差、二次谐波误差、三次谐波误差使谐振结构在驱动模态或检测模态振动时，谐振结构的质心产生振动，质心振动会降低谐振结构的品质因数，降低陀螺在冲击和振动环境下的动态性能。
[0005]质量调平是频率匹配式振动陀螺制造工艺中的重要步骤，目的是降低和消除谐振结构的主要不平衡质量。质量调平工艺包括不平衡质量检测与不平衡质量修调两个步骤。首先测量出一次谐波误差、二次谐波误差、三次谐波误差、四次谐波误差的方位和大小，然后采用去除或添加质量的方式降低和消除不平衡质量，提升陀螺性能。不平衡质量检测是质量调平中的重要步骤，检测精度直接决定了质量调平的精度。微振动陀螺谐振结构由于尺寸和振动幅值小，目前仅能够根据驱动模态和检测模态的频率差值检测出四次谐波误差并进行修调，而未对一次谐波误差、二次谐波误差、三次谐波误差进行检测和修调，对陀螺在冲击和振动环境下的动态性能存在负面影响。
技术实现思路
[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供一种高效高精度的振动陀螺不平衡质量修调方法。
[0007]本专利技术提供一种振动陀螺不平衡质量修调方法，包括以下步骤：S1、将振动陀螺驱动至摇摆模态，进行二次谐波误差的检测与修调，包括：对谐振结构进行扫频响应分析，测量振动陀螺中谐振结构上不同位置的响应幅值；对响应幅值中包含低频谐振峰的所有第一修调点与第一修调点相隔180
°
的第二位置进行修调，将摇摆模态的频率裂解降低至带宽内；S2、将振动陀螺驱动至摇摆模态，进行一次谐波误差的检测与修调，包括：
对谐振结构进行扫频响应分析，测量谐振结构上不同位置沿中心对称轴方向的位移响应幅值，并根据不同位置沿中心对称轴方向的位移响应幅值计算一次谐波误差的幅值和相位，根据计算出的一次谐波误差的幅值和相位对谐振结构进行修调；S3、将振动陀螺驱动至上下模态，进行三次谐波误差的检测与修调，包括：对谐振结构上下模态进行扫频响应分析，测量谐振结构上不同位置的响应幅值，并根据不同位置的响应幅值计算出三次谐波误差的方位和大小，根据计算出的三次谐波误差的方位和大小对谐振结构进行修调。
[0008]更进一步地，步骤S1包括：S11、沿谐振结构中心对称轴方向在谐振结构的锚点处施加激励，将振动陀螺驱动至摇摆模态；S12、对谐振结构进行扫频响应分析，测量振动陀螺中谐振结构上不同位置的响应幅值；S13、取响应幅值中包含低频谐振峰的位置为第一修调点，在第一修调点和与第一修调点相隔180
°
的第二修调点去除相同质量m1；S14、重复S12
‑
S13，完成响应幅值中包含低频谐振峰的所有位置的测量和修调，将摇摆模态的频率裂解降低至带宽内。
[0009]更进一步地，步骤S13中，所述去除质量m1的大小与摇摆模态的频率裂解正相关。
[0010]更进一步地，步骤S2包括：S21、沿谐振结构中心对称轴方向在谐振结构的锚点处施加激励，将振动陀螺驱动至摇摆模态；S22、对谐振结构的第一边缘位置作为第一测试位置，通过对谐振结构进行扫频响应分析，获取第一测试位置的响应幅值；第一边缘位置与初始角度的夹角为；S23、沿谐振结构的周向切换第二边缘位置作为第二测试位置，通过对谐振结构进行扫频响应分析，获取第二测试位置的响应幅值；第二边缘位置与初始角度的夹角为，与的夹角小于15
°
；S24、重复步骤S23，直至完成谐振结构边缘360
°
范围内所有预设测量位置的扫频响应分析；S25、提取每个边缘位置扫频响应分析的响应幅值峰值，以测试位置角度作为横坐标，响应曲线峰值为纵坐标，拟合出响应幅值峰值随测试位置变化的曲线图，曲线图中幅值最大的点对应的角度为谐振结构一次谐波误差的相位，曲线图中最大值与最小值的差值为一次谐波误差的幅值；S26、根据步骤S25的测试结果，在一次谐波误差的波腹位置去除质量；S27、重复步骤S21
‑
S26，直至步骤S25中的曲线图没有明显的波峰和波谷。
[0011]更进一步地，步骤S2还包括：S28、重复步骤S1，再次完成二次谐波误差的检测与修调。
[0012]更进一步地，步骤S3包括：S31、沿谐振结构中心对称轴方向在谐振结构的锚点处施加激励，将振动陀螺驱动至上下模态；S32、对谐振结构的第一边缘位置作为第一测试位置，通过对谐振结构进行扫频响
应分析，获取第一测试位置的响应幅值；第一边缘位置与初始角度的夹角为；S33、沿谐振结构的周向切换第二边缘位置作为第二测试位置，通过对谐振结构进行扫频响应分析，获取第二测试位置的响应幅值；第二边缘位置与初始角度的夹角为，与的夹角小于15
°
；S34、重复步骤S23，直至完成谐振结构边缘360
°
范围内所有预设测量位置的扫频响应分析；S35、提取每个边缘位置扫频响应分析的响应幅值峰值，以测试位置角度作为横坐标，响应曲线峰值为纵坐标，拟合出响应幅值峰值随测试位置变化的曲线图，对拟合出的曲线进行傅里叶分解，分解结果中与三次谐波误差同周期的分量对应的幅值和相位即为三次谐波误差的幅值和相位；S36、根据步骤S35的测试结果，在三次谐波误差的波腹位置去除质量；S37、重复步骤S31
‑
S36，直至步骤S35中的曲线图没有明显的波峰和波谷。
[0013]更进一步地，还包括步骤S4，S4、将振动陀螺驱动至椭圆模态，进行四次谐波误差的检测与修调，包括：对谐振结构进行扫频响应分析，测量振动陀螺中谐振结构上不同位置的响应幅值；对响应幅值中包含低频谐振峰的所有第一修调点与第一修调点相隔90
°
、180
°
、270
°
的第二修调点、第三修调点、第四修调点进行修调，将椭圆模态的频率裂解降低至无法测量出明显幅值。
[0014]更进一步地，包括真空腔、设置在真空腔内本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种振动陀螺不平衡质量修调方法，其特征是，包括以下步骤：S1、将振动陀螺驱动至摇摆模态，进行二次谐波误差的检测与修调，包括：对谐振结构进行扫频响应分析，测量振动陀螺中谐振结构上不同位置的响应幅值；对响应幅值中包含低频谐振峰的第一修调点与第一修调点相隔180
°
的第二位置进行修调，将摇摆模态的频率裂解降低至带宽内；S2、将振动陀螺驱动至摇摆模态，进行一次谐波误差的检测与修调，包括：对谐振结构进行扫频响应分析，测量谐振结构上不同位置沿中心对称轴方向的位移响应幅值，并根据不同位置沿中心对称轴方向的位移响应幅值计算一次谐波误差的幅值和相位，根据计算出的一次谐波误差的幅值和相位对谐振结构进行修调；S3、将振动陀螺驱动至上下模态，进行三次谐波误差的检测与修调，包括：对谐振结构上下模态进行扫频响应分析，测量谐振结构上不同位置的响应幅值，并根据不同位置的响应幅值计算出三次谐波误差的方位和大小，根据计算出的三次谐波误差的方位和大小对谐振结构进行修调。2.如权利要求1所述的振动陀螺不平衡质量修调方法，其特征是，步骤S1包括：S11、沿谐振结构中心对称轴方向在谐振结构的锚点处施加激励，将振动陀螺驱动至摇摆模态；S12、对谐振结构进行扫频响应分析，测量振动陀螺中谐振结构上不同位置的响应幅值；S13、取响应幅值中包含低频谐振峰的位置为第一修调点，在第一修调点和与第一修调点相隔180
°
的第二修调点去除相同质量m1；S14、重复S12
‑
S13，完成响应幅值中包含低频谐振峰的所有位置的测量和修调，将摇摆模态的频率裂解降低至带宽内。3.如权利要求2所述的振动陀螺不平衡质量修调方法，其特征是，步骤S13中，所述去除质量m1的大小与摇摆模态的频率裂解正相关。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的振动陀螺不平衡质量修调方法，其特征是，步骤S2包括：S21、沿谐振结构中心对称轴方向在谐振结构的锚点处施加激励，将振动陀螺驱动至摇摆模态；S22、对谐振结构的第一边缘位置作为第一测试位置，通过对谐振结构进行扫频响应分析，获取第一测试位置的响应幅值；第一边缘位置与初始角度的夹角为；S23、沿谐振结构的周向切换第二边缘位置作为第二测试位置，通过对谐振结构进行扫频响应分析，获取第二测试位置的响应幅值；第二边缘位置与初始角度的夹角为，与的夹角小于15
°
；S24、重复步骤S23，直至完成谐振结构边缘360
°
范围内所有预设测量位置的扫频响应分析；S25、提取每个边缘位置扫频响应分析的响应幅值峰值，以测试位置角度作为横坐标，响应曲线峰值为纵坐标，拟合出响应幅值峰值随测试位置变化的曲线图，曲线图中幅值最大的点对应的角度为谐振结构一次谐波误差的相...
【专利技术属性】
技术研发人员：石岩，席翔，卢坤，孙江坤，肖定邦，吴学忠，张勇猛，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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