一种基于静电压电双驱动的高灵敏度壳体谐振陀螺仪制造技术

本发明专利技术涉及壳体谐振陀螺仪，具体是一种基于静电压电双驱动的高灵敏度壳体谐振陀螺仪。本发明专利技术解决了现有壳体谐振陀螺仪灵敏度较低的问题。一种基于静电压电双驱动的高灵敏度壳体谐振陀螺仪，包括支撑方盘、八根支撑螺杆、八个锁紧螺母、支撑圆盘、支撑圆管、两个驱动平面电极、两个检测平面电极、两个驱动模态反馈平面电极、两个检测模态补偿平面电极、八根导电圆柱、八个导电膜片、谐振子、中心圆管、四个驱动压电电极、四个检测模态补偿压电电极、紧固螺栓。本发明专利技术适用于航空、航天、航海、工业、农业、交通等领域。交通等领域。交通等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于静电压电双驱动的高灵敏度壳体谐振陀螺仪


[0001]本专利技术涉及壳体谐振陀螺仪，具体是一种基于静电压电双驱动的高灵敏度壳体谐振陀螺仪。

技术介绍

[0002]壳体谐振陀螺仪因具有精度高、使用寿命长、稳定性好、能耗小、准备时间短、对线性过载不敏感、机械部件结构简单等突出特点，而被广泛应用于航空、航天、航海、工业、农业、交通等领域。壳体谐振陀螺仪的具体工作原理如下：当没有角速度输入时，壳体谐振陀螺仪的谐振子在驱动模态下工作，壳体谐振陀螺仪的输出为零。当有角速度输入时，壳体谐振陀螺仪的谐振子在检测模态下工作，壳体谐振陀螺仪实时测出输入角速度。然而实践表明，现有壳体谐振陀螺仪由于自身结构所限，普遍存在灵敏度较低的问题。基于此，有必要专利技术一种基于静电压电双驱动的高灵敏度壳体谐振陀螺仪，以解决现有壳体谐振陀螺仪灵敏度较低的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术为了解决现有壳体谐振陀螺仪灵敏度较低的问题，提供了一种基于静电压电双驱动的高灵敏度壳体谐振陀螺仪。
[0004]本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种基于静电压电双驱动的高灵敏度壳体谐振陀螺仪，包括支撑方盘、八根支撑螺杆、八个锁紧螺母、支撑圆盘、支撑圆管、两个驱动平面电极、两个检测平面电极、两个驱动模态反馈平面电极、两个检测模态补偿平面电极、八根导电圆柱、八个导电膜片、谐振子、中心圆管、四个驱动压电电极、四个检测模态补偿压电电极、紧固螺栓；其中，支撑方盘的盘面开设有八个上下贯通的支撑螺孔，且八个支撑螺孔围绕支撑方盘的中心线对称分布；八根支撑螺杆一一对应地旋拧于八个支撑螺孔内，且八根支撑螺杆围绕支撑方盘的中心线对称分布；八根支撑螺杆的上端面均超出支撑方盘的上盘面；八个锁紧螺母一一对应地旋拧于八根支撑螺杆的侧面，且八个锁紧螺母围绕支撑方盘的中心线对称分布；八个锁紧螺母均紧压支撑方盘的上盘面；支撑圆盘的盘面边缘开设有八个上下贯通的导电圆孔，且八个导电圆孔围绕支撑圆盘的中心线对称分布；支撑圆管同轴固定于支撑圆盘的上盘面中央，且支撑圆管为内螺纹管；两个驱动平面电极、两个检测平面电极、两个驱动模态反馈平面电极、两个检测模态补偿平面电极均贴附固定于支撑圆盘的上盘面边缘，且两个驱动平面电极、两个检测平面电极、两个驱动模态反馈平面电极、两个检测模态补偿平面电极围绕支撑圆盘的中心线对称分布；两个驱动平面电极分别封盖于第一个导电圆孔和第五个导电圆孔上；两个检测平面电极分别封盖于第二个导电圆孔和第六个导电圆孔上；两个驱动模态反馈平面电极分
别封盖于第三个导电圆孔和第七个导电圆孔上；两个检测模态补偿平面电极分别封盖于第四个导电圆孔和第八个导电圆孔上；八根导电圆柱一一对应地固定穿设于八个导电圆孔内，且八根导电圆柱围绕支撑圆盘的中心线对称分布；八根导电圆柱的上端面与两个驱动平面电极的下表面、两个检测平面电极的下表面、两个驱动模态反馈平面电极的下表面、两个检测模态补偿平面电极的下表面一一对应地固定；八根导电圆柱的下端面均超出支撑圆盘的下盘面；八个导电膜片均贴附固定于支撑圆盘的下盘面边缘，且八个导电膜片围绕支撑圆盘的中心线对称分布；八个导电膜片的表面一一对应地开设有八个上下贯通的装配圆孔，且八个导电膜片通过八个装配圆孔一一对应地固定套设于八根导电圆柱的侧面下端；八个导电膜片的下表面一一对应地固定支撑于八根支撑螺杆的上端面，且支撑圆盘的中心线与支撑方盘的中心线重合；谐振子为开口向下的圆杯状结构；谐振子的顶壁中央开设有上下贯通的中心圆孔，且中心圆孔的下端孔口边缘同轴支撑于支撑圆管的上端面；谐振子的下端面同时与两个驱动平面电极的上表面、两个检测平面电极的上表面、两个驱动模态反馈平面电极的上表面、两个检测模态补偿平面电极的上表面相对；谐振子的顶壁边缘开设有八个上下贯通的隔离圆孔，且八个隔离圆孔围绕谐振子的中心线对称分布；谐振子的侧壁包括上段侧壁和下段侧壁；上段侧壁为锥筒状结构，且上段侧壁的直径自上而下逐渐增大；上段侧壁开设有八个内外贯通且沿母线方向设置的应力集中条孔，且八个应力集中条孔围绕谐振子的中心线对称分布；八个应力集中条孔的中心线与八个隔离圆孔的中心线一一对应地相交；下段侧壁为球带状结构，且下段侧壁的直径自上而下逐渐增大；中心圆管同轴固定于中心圆孔的上端孔口边缘；四个驱动压电电极和四个检测模态补偿压电电极均为长条片状结构，且四个驱动压电电极和四个检测模态补偿压电电极均为沿厚度方向极化的压电陶瓷电极；四个驱动压电电极的负电极面和四个检测模态补偿压电电极的负电极面均与谐振子的上段外侧壁固定，且四个驱动压电电极和四个检测模态补偿压电电极均沿母线方向设置；四个驱动压电电极和四个检测模态补偿压电电极围绕谐振子的中心线对称分布；四个驱动压电电极一一对应地位于第一个应力集中条孔与第二个应力集中条孔之间、第三个应力集中条孔与第四个应力集中条孔之间、第五个应力集中条孔与第六个应力集中条孔之间、第七个应力集中条孔与第八个应力集中条孔之间；四个检测模态补偿压电电极一一对应地位于第二个应力集中条孔与第三个应力集中条孔之间、第四个应力集中条孔与第五个应力集中条孔之间、第六个应力集中条孔与第七个应力集中条孔之间、第八个应力集中条孔与第一个应力集中条孔之间；四个驱动压电电极的周向位置与两个驱动平面电极的周向位置、两个驱动模态反馈平面电极的周向位置一一对应；四个检测模态补偿压电电极的周向位置与两个检测平面电极的周向位置、两个检测模态补偿平面电极的周向位置一一对应；紧固螺栓贯穿中心圆管和中心圆孔，且紧固螺栓的尾端旋拧于支撑圆管内；紧固螺栓的头部紧压中心圆管的上端面。
[0005]工作时，八根支撑螺杆的下端面、四个驱动压电电极的正电极面、四个检测模态补
偿压电电极的正电极面、谐振子的外壁均通过金属导线与控制系统连接。
[0006]具体工作过程如下：首先，控制系统产生两路同幅、同频、反相的驱动电压信号，并将第一路驱动电压信号加载至第一个驱动压电电极、第三个驱动压电电极，同时将第二路驱动电压信号加载至第二个驱动压电电极、第四个驱动压电电极、两个驱动平面电极，由此实现静电压电双驱动。在逆压电效应作用下，第一个驱动压电电极和第三个驱动压电电极进行同幅、同频、同相振动，第二个驱动压电电极和第四个驱动压电电极进行同幅、同频、同相振动，第一个驱动压电电极和第二个驱动压电电极进行同幅、同频、反相振动，第三个驱动压电电极和第四个驱动压电电极进行同幅、同频、反相振动。在静电力作用下，两个驱动平面电极进行同幅、同频、同相振动。
[0007]当没有角速度输入时，谐振子在四个驱动压电电极和两个驱动平面电极的驱动下，以驱动模态作四波腹振动（如图9所示），由此在环向上产生驻波。此时，两个检测平面电极位于四波腹振动的波节处（两个驱动模态反馈平面电极位于四波腹振动的波腹处），由此使得本专利技术的输出为零。两个驱动模态反馈平面电极实时产生两路反馈电压信号，控制系统根据两路反馈电压信号实时解算出谐振子的振动频率和振动幅值，并根据解算结果实时调节两路驱动电压信号，由此使得谐振子的振动频率和振动幅值保持稳定，从而使得谐振子的振型保持稳定。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于静电压电双驱动的高灵敏度壳体谐振陀螺仪，其特征在于：包括支撑方盘（1）、八根支撑螺杆（2）、八个锁紧螺母（3）、支撑圆盘（4）、支撑圆管（5）、两个驱动平面电极（6）、两个检测平面电极（7）、两个驱动模态反馈平面电极（8）、两个检测模态补偿平面电极（9）、八根导电圆柱（10）、八个导电膜片（11）、谐振子（12）、中心圆管（13）、四个驱动压电电极（14）、四个检测模态补偿压电电极（15）、紧固螺栓（16）；其中，支撑方盘（1）的盘面开设有八个上下贯通的支撑螺孔，且八个支撑螺孔围绕支撑方盘（1）的中心线对称分布；八根支撑螺杆（2）一一对应地旋拧于八个支撑螺孔内，且八根支撑螺杆（2）围绕支撑方盘（1）的中心线对称分布；八根支撑螺杆（2）的上端面均超出支撑方盘（1）的上盘面；八个锁紧螺母（3）一一对应地旋拧于八根支撑螺杆（2）的侧面，且八个锁紧螺母（3）围绕支撑方盘（1）的中心线对称分布；八个锁紧螺母（3）均紧压支撑方盘（1）的上盘面；支撑圆盘（4）的盘面边缘开设有八个上下贯通的导电圆孔，且八个导电圆孔围绕支撑圆盘（4）的中心线对称分布；支撑圆管（5）同轴固定于支撑圆盘（4）的上盘面中央，且支撑圆管（5）为内螺纹管；两个驱动平面电极（6）、两个检测平面电极（7）、两个驱动模态反馈平面电极（8）、两个检测模态补偿平面电极（9）均贴附固定于支撑圆盘（4）的上盘面边缘，且两个驱动平面电极（6）、两个检测平面电极（7）、两个驱动模态反馈平面电极（8）、两个检测模态补偿平面电极（9）围绕支撑圆盘（4）的中心线对称分布；两个驱动平面电极（6）分别封盖于第一个导电圆孔和第五个导电圆孔上；两个检测平面电极（7）分别封盖于第二个导电圆孔和第六个导电圆孔上；两个驱动模态反馈平面电极（8）分别封盖于第三个导电圆孔和第七个导电圆孔上；两个检测模态补偿平面电极（9）分别封盖于第四个导电圆孔和第八个导电圆孔上；八根导电圆柱（10）一一对应地固定穿设于八个导电圆孔内，且八根导电圆柱（10）围绕支撑圆盘（4）的中心线对称分布；八根导电圆柱（10）的上端面与两个驱动平面电极（6）的下表面、两个检测平面电极（7）的下表面、两个驱动模态反馈平面电极（8）的下表面、两个检测模态补偿平面电极（9）的下表面一一对应地固定；八根导电圆柱（10）的下端面均超出支撑圆盘（4）的下盘面；八个导电膜片（11）均贴附固定于支撑圆盘（4）的下盘面边缘，且八个导电膜片（11）围绕支撑圆盘（4）的中心线对称分布；八个导电膜片（11）的表面一一对应地开设有八个上下贯通的装配圆孔，且八个导电膜片（11）通过八个装配圆孔一一对应地固定套设于八根导电圆柱（10）的侧面下端；八个导电膜片（11）的下表面一一对应地固定支撑于八根支撑螺杆（2）的上端面，且支撑圆盘（4）的中心线与支撑方盘（1）的中心线重合；谐振子（12）为开口向下的圆杯状结构；谐振子（12）的顶壁中央开设有上下贯通的中心圆孔（17），且中心圆孔（17）的下端孔口边缘同轴支撑于支撑圆管（5）的上端面；谐振子（12）的下端面同时与两个驱动平面电极（6）的上表面、两个检测平面电极（7）的上表面、两个驱动模态反馈平面电极（8）的上表面、两个检测模态补偿平面电极（9）的上表面相对；谐振子（12）的顶壁边缘开设有八个上下贯通的隔离圆孔（18），且八个隔离圆孔（18）围绕谐振子（12）的中心线对称分布；谐振子（12）的侧壁包括上段侧壁和下段侧壁；上段侧壁为锥筒状结构，且上段侧壁的直径自上而下逐渐增大；上段侧壁开设有八个内外贯通且沿母线方向设置的应力集中条孔
（19），且八个应力集中条孔（19）围绕谐振子（12）的中心线对称分布；八个应力集中条孔（19）的中心线与八个隔离圆孔（18）的中心线一一对应地相交；下段侧壁为球带状结构，且下段侧壁的直径自上而下逐渐增大；中心圆管（13）同轴固定于中心圆孔（17）的上端孔口边缘；四个驱动压电电极（14）和四个检测模态补偿压电电极（15）均为长条片状结构，且四个驱动压电电极（14）和四个检测模态补偿压电电极（15）均为沿厚度方向极化的压电陶瓷电极；四个驱动压电电极（14）的负电极面和四个检测模态补偿压电电极（15）的负电极面均与谐振子（12）的上段外侧壁固定，且四个驱动压电电极（14）和四个检测模态补偿压电电极（15）均沿母线方向设置；四个驱动压电电极（14）和四个检测模态补偿压电电极（15）围绕谐振子（12）的中心线对称分布；四个驱动压电电极（14）一...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡麒，刘俊，石云波，张晓明，唐军，曹慧亮，申冲，魏雯强，崔让，张桐林，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：