本发明专利技术提供一种基于附加损耗的谐振子阻尼修调装置及方法，装置包括：腔室；位于腔室内的谐振子，谐振子包括支撑柱、半球壳体、以及位于所述半球壳体的外表面的损耗层，半球壳体的边缘具有谐振子唇沿，半球壳体的开口朝向腔室的底部；激励电极和检测电极，位于所述腔室内分别位于支撑柱的中心轴的两侧，激励电极和检测电极均与谐振子唇沿相对设置且与谐振子间隔设置；夹持器，夹持器的一端与所述支撑柱的底端连接；步进电机，步进电机与所述夹持器的另一端连接；位于腔室的侧壁的离子源，离子源用于给所述损耗层发射离子束。所述谐振子阻尼修调装置使得谐振子的阻尼不均匀性降低且不会影响谐振子的增益均匀性，具有不会产生额外增益误差的优点。增益误差的优点。增益误差的优点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于附加损耗的谐振子阻尼修调装置及方法
[0001]本专利技术涉及振动陀螺
，尤其涉及一种基于附加损耗的谐振子阻尼修调装置及方法。
技术介绍
[0002]谐振陀螺是一种基于科里奥利效应的固态波动陀螺，具有精度高、成本低、体积小、寿命长、免维护的优点。谐振陀螺的工作模式有力平衡模式和全角模式两种。力平衡模式下谐振子上驻波的振动方向和幅值均固定不变，通过在敏感轴施加平衡力，使驻波始终保持在驱动方向。而全角模式不控制驻波的振动方向，随着外界角速度输入，驻波可自由进动。因此，全角模式具有大动态、高带宽的突出优点，是谐振陀螺发展的重要方向。
[0003]谐振子是谐振陀螺的核心部件，谐振子的性能参数直接决定了陀螺的精度。由于谐振子复杂的三维结构、硬脆的材料特性以及加工技术的限制，导致实际加工出来的谐振子会存在不同程度的壁厚不均匀性、密度不均匀性和结构损伤。以上缺陷会严重破坏谐振子的一致性和对称性，导致谐振子沿周向分布的刚度和阻尼不均匀。谐振子的刚度不均匀性可以通过激光刻蚀或离子束刻蚀等手段来修调。但是谐振子的阻尼不均匀性由于其复杂的机理，目前暂无有效的直接修调手段。
[0004]阻尼是反映振动系统运动过程中能量耗散特征的参数，是系统耗损能量的能力，是材料或结构在承受周期应变时以热量方式消耗机械能的本领。在全角模式下，谐振陀螺对其结构对称性要求更高。加工过程中的结构不对称，尤其是阻尼不对称，将会对陀螺的精度产生严重影响。阻尼不均匀性是全角模式下半球谐振陀螺的主要误差来源，会导致陀螺的输出漂移和敏感阈值。另外，阻尼不均匀性的存在使得驻波在不同方位时的控制参数也各不相同，增加了陀螺控制的复杂性，并最终导致陀螺精度大幅下降。
[0005]如何降低谐振子的阻尼不均匀性且不影响谐振子的增益均匀性、不产生额外增益误差，是亟需解决的。
技术实现思路
[0006]本专利技术提供一种基于附加损耗的谐振子阻尼修调装置及方法，降低谐振子的阻尼不均匀性且不会影响谐振子的增益均匀性、不会产生额外增益误差。
[0007]本专利技术提供一种基于附加损耗的谐振子阻尼修调装置，包括：腔室；位于所述腔室内的谐振子，所述谐振子包括支撑柱、与支撑柱连接的半球壳体、以及位于所述半球壳体的外表面的损耗层，所述半球壳体的边缘具有谐振子唇沿，所述半球壳体的开口朝向所述腔室的底部；激励电极和检测电极，位于所述腔室内分别位于支撑柱的中心轴的两侧，激励电极和检测电极均与谐振子唇沿相对设置且与谐振子间隔设置；夹持器，夹持器的一端与所述支撑柱的底端连接；步进电机，所述步进电机与所述夹持器的另一端连接；位于所述腔室的侧壁的离子源，所述离子源用于给所述损耗层发射离子束。
[0008]可选的，还包括:谐振子控制单元；激励线缆和检测线缆，所述激励线缆的一端与
所述谐振子控制单元电连接、另一端与激励电极电连接，所述激励线缆用于传输谐振子控制单元产生的正弦激励信号，所述检测线缆的一端与所述谐振子控制单元电连接、另一端与检测电极电连接，所述检测线缆用于传输谐振子的振动信号。
[0009]可选的，所述激励电极的上表面与所述检测电极的上表面设置在同一平面上，所述激励电极的中心点和所述检测电极的中心点分布在一个圆上，所述激励电极的中心点和所述检测电极的中心点的连线的长度等于所述圆的直径，该圆的圆心与支撑柱的中心轴重合且与步进电机的输出轴的中心轴线重合。
[0010]可选的，所述损耗层的材料为金属材料或者绝缘材料。
[0011]可选的，所述绝缘材料包括二氧化硅。
[0012]可选的，还包括：驱动器，所述驱动器与所述步进电机连接，所述驱动器用于驱动所述步进电机围绕所述步进电机的输出轴旋转。
[0013]可选的，所述谐振子与所述激励电极之间的间隙为10μm
‑
100μm，所述谐振子与检测电极之间的间隙为10μm
‑
100μm。
[0014]可选的，离子束的工作气体采用氩气。
[0015]本专利技术还提供一种基于附加损耗的谐振子阻尼修调方法，包括：
[0016]步骤S1:形成谐振子，所述谐振子包括支撑柱、与支撑柱连接的半球壳体、以及位于所述半球壳体的外表面的损耗层，所述半球壳体的边缘具有谐振子唇沿；
[0017]步骤S2:将谐振子安装到夹持器上，夹持器的一端与所述支撑柱的底端连接，夹持器的另一端套在步进电机的输出轴上，半球壳体的开口朝向所述腔室的底部，保持激励电极和检测电极均与谐振子唇沿相对设置且与谐振子间隔设置；
[0018]步骤S3:通过对谐振子扫频，得到谐振子在工作模态的谐振频率ω
d
；
[0019]步骤S4：用谐振子在工作模态的谐振频率ω
d
激励谐振子振动，当谐振子的振动达到稳定后，断开激励电极上的信号并记录谐振子的自由衰减信号，通过参数拟合得到谐振子在当前角度位置的阻尼；
[0020]步骤S5：步进电机驱动半球壳体围绕支撑柱的中心轴按照特征步进角度旋转，每旋转一次半球壳体特征步进角度重复进行步骤S4一次，获得谐振子在不同角度位置的阻尼值；
[0021]步骤S6：从谐振子在不同位置的阻尼值中获取若干个极大阻尼值和若干个极小阻尼值，若干个极大阻尼值包括第一极大阻尼值至第Q极大阻尼值，若干个极小阻尼值包括第一极小阻尼值至第W极小阻尼值，Q和W均为大于或等于2的整数；任意的第w极小阻尼值对应的谐振子的方位角为第w极小阻尼方位角，w为大于或等于1且小于或等于W的整数，任意的第q极大阻尼值对应的谐振子的方位角为第q极大阻尼方位角，q为大于或等于1且小于或等于Q的整数；
[0022]步骤S7：获取第一阻尼不均匀值至第K阻尼不均匀值，任意的第k阻尼不均匀值＝2(第k极大阻尼值
‑
第k极小阻尼值)/(第k极大阻尼值+第k极小阻尼值)，K＝min(W,Q),k为大于或等于1且小于或等于K的整数；
[0023]步骤S8：对损耗层的表面进行第一刻蚀至第K刻蚀；对损耗层的表面进行第k刻蚀的步骤包括：将谐振子的第k极大阻尼方位角对应的方位旋转到离子源所在的方向，离子源发出离子束对损耗层的表面进行第k刻蚀，第k刻蚀的时间根据第k阻尼不均匀值和离子束
的参数获取；
[0024]步骤S9：重复步骤S4
‑
步骤S8，直到谐振子的任意第k阻尼不均匀值小于目标值。
[0025]可选的，第k刻蚀的时间T
k
根据第k阻尼不均匀值δC
k
和离子束的参数获取：T
k
＝α*δC
k
/U，其中α为常系数，α由损耗层的材料和离子束刻蚀角度决定，U为离子束的束压。
[0026]可选的，在步骤S1中，所述损耗层的厚度为0.8微米至1.2微米。
[0027]可选的，特征步进角度为1度～10度。
[0028]本专利技术的技术方案具有以下有益效果：
[0029]本专利技术的技术方案提供的基于附加损耗的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于附加损耗的谐振子阻尼修调装置，其特征在于，包括：腔室；位于所述腔室内的谐振子，所述谐振子包括支撑柱、与支撑柱连接的半球壳体、以及位于所述半球壳体的外表面的损耗层，所述半球壳体的边缘具有谐振子唇沿，所述半球壳体的开口朝向所述腔室的底部；激励电极和检测电极，位于所述腔室内分别位于支撑柱的中心轴的两侧，激励电极和检测电极均与谐振子唇沿相对设置且与谐振子间隔设置；夹持器，夹持器的一端与所述支撑柱的底端连接；步进电机，所述步进电机与所述夹持器的另一端连接；位于所述腔室的侧壁的离子源，所述离子源用于给所述损耗层发射离子束。2.根据权利要求1所述的基于附加损耗的谐振子阻尼修调装置，其特征在于，还包括:谐振子控制单元；激励线缆和检测线缆，所述激励线缆的一端与所述谐振子控制单元电连接、另一端与激励电极电连接，所述激励线缆用于传输谐振子控制单元产生的正弦激励信号，所述检测线缆的一端与所述谐振子控制单元电连接、另一端与检测电极电连接，所述检测线缆用于传输谐振子的振动信号。3.根据权利要求1所述的基于附加损耗的谐振子阻尼修调装置，其特征在于，所述激励电极的上表面与所述检测电极的上表面设置在同一平面上，所述激励电极的中心点和所述检测电极的中心点分布在一个圆上，所述激励电极的中心点和所述检测电极的中心点的连线的长度等于所述圆的直径，该圆的圆心与支撑柱的中心轴重合且与步进电机的输出轴的中心轴线重合。4.根据权利要求1所述的基于附加损耗的谐振子阻尼修调装置，其特征在于，所述损耗层的材料为金属材料或者绝缘材料。5.根据权利要求4所述的基于附加损耗的谐振子阻尼修调装置，其特征在于，所述绝缘材料包括二氧化硅。6.根据权利要求1所述的基于附加损耗的谐振子阻尼修调装置，其特征在于，还包括：驱动器，所述驱动器与所述步进电机连接，所述驱动器用于驱动所述步进电机围绕所述步进电机的输出轴旋转。7.根据权利要求1所述的基于附加损耗的谐振子阻尼修调装置，其特征在于，所述谐振子与所述激励电极之间的间隙为10μm
‑
100μm，所述谐振子与检测电极之间的间隙为10μm
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100μm。8.根据权利要求1所述的基于附加损耗的谐振子阻尼修调装置，其特征在于，离子束的工作气体采用氩气。9.一种基于附加损耗的谐振子阻尼修调方法，其特征在于，包括：步骤S1:形成谐振子，所述谐振子包括支撑柱、与支撑柱连接的半球壳体、以及位于所述半球壳体的外表面的损耗层，所述半球壳体的边缘具有谐振子唇沿；步骤S2:将谐振子安装到夹持器上，夹持器的一端与所述支撑柱的底端连...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶云峰，潘瑶，邓楷昕，金世龙，杨开勇，罗晖，
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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