《振動陀螺儀簡介》PPT課件.ppt

1、也稱為2020/7/30、1、第三章、振動陀螺儀的簡單介紹、2020/7/30、2、振動陀螺儀、2020/7/30、3、3.1水晶音叉陀螺、水晶音叉速度的主要動作部是水晶音叉、激勵電路和測量電路。 音叉是由特定的切線幾何學寬度和厚度約0.5mm、長度約為毫米的石英晶體制成的。2020/7/30、4、3.1水晶音叉陀螺、工作原理、音叉通過激勵電信號產生逆壓電效應，使音叉以某一定頻率等幅振動。 音叉旋轉時，在科里奧利慣性力的作用下，激發(fā)與原來的振動平面垂直的感生振動。 感應振動的振幅與旋轉的角速度成比例，感應振動通過水晶的逆壓電效應產生另一個壓電信號，通過測量該壓電信號可以測量旋轉的角速度。 20

2、20/7/30、5、3.1水晶音叉陀螺，作為工作原理，驅動振幅越大，越能夠使傳感器電極信號越大。 但是，振幅過大，超過材料的機械強度時會出現非線性，直接影響標度系數。 驅動振幅必須在保持一定幅度的同時，在允許范圍內選擇較大的值。 因此，保持驅動電流恒定對于保持穩(wěn)定的輸出非常重要。 驅動振動和敏感振動在共振頻率附近動作，振幅的大小直接取決于頻率。 驅動振動頻率在共振頻率附近穩(wěn)定，對于穩(wěn)定輸出同等重要。 諧振頻率與音叉的橫截面尺寸、水晶切割型及電極位置、電極面積都有關系。 因此，設定修改音叉的尺寸和電極結構是很重要的。 輸出不僅能夠響應均一角速度，還能夠響應收縮旋轉角速度。 收縮旋轉和共振驅動振動

3、作用于音叉上的云同步，科里奧利力的頻率與兩者的和(差)頻率相關。2020/7/30、6、3.1水晶音叉陀螺、二構造和性能、(1)水晶音叉的基本構造、主要零配件是水晶音叉，其構造比較簡單，但電極的構造、幾何尺寸等的設定修改方案是多種多樣的。 修改設定時首先考慮水晶晶片的切割類型。 必須利用水晶晶體的壓電常數得到最大的靈敏度的同時，利用切割型的頻率溫度特性，在工作溫度范圍內得到穩(wěn)定的輸出。2020/7/30、7、3.1水晶音叉陀螺、(1)水晶音叉的基本構造、幾何尺寸也是需要考慮的問題。 幾何尺寸(晶圓的長度、寬度、厚度)決定音叉振動的頻率特性。 音叉的彎曲振動模式決定在次低頻區(qū)域中工作，所報告的水

4、晶音叉的工作頻率為10-40kHz。 最復雜的問題是電極構造、電極位置、電極面積、電極引線版結構等電極設置修訂。雙結構和性能，2020/7/30，8，3.1水晶音叉陀螺，(2)驅動和檢測電路，電路不復雜。 對驅動電路的主要要求是能夠將水晶音叉激發(fā)成恒頻等幅振動。 由于陀螺儀的輸出信號與音叉源振動的振幅直接成比例，所以對電路的電流穩(wěn)定性要求極高。 對檢測電路的基本要求是有一盞茶的靈敏度和信噪比。 放大、濾波后，以基準頻率進行同步解調后輸出。 許多IC集成電路是雙極電路，并且可以通過數字跟蹤濾波器抑制在通帶中檢測的第二間諧波，以提高基頻信號中的信噪比。雙結構和性能、2020/7/30、9、3.1水

5、晶音叉陀螺、(2)驅動和檢測電路、雙結構和性能、2020/7/30、10、3.1水晶音叉陀螺、(2)專用IC集成電路，在校準時可通過外置零配件調整測量范圍。 現在的測量范圍是55000度/秒。、二構造與性能、2020/7/30、12、3.1水晶音叉陀螺儀、(3)性能指標、輸出與使用環(huán)境溫度有關，使用前可能出現輸出偏移，其大小可達到滿刻度的百分之幾。 用戶可以調整阻尼電路的偏置調整裝置，消除工廠商品發(fā)貨時的剩馀偏置值。 偏置調整：二構造和性能、2020/7/30、13、3.1水晶音叉陀螺儀、(3)性能指標、重復性是指多次接通電源時陀螺儀輸出的變化大小。 由于QRS中沒有旋轉質量陀螺儀的轉子定心等

6、平衡問題，因此其重復性通常優(yōu)于旋轉質量陀螺儀。 重復性和穩(wěn)定性：穩(wěn)定性通常分為短期、中期、長期穩(wěn)定性3種。 短期穩(wěn)定性是指啟動后的最初的幾分鐘，中期穩(wěn)定性是指數日到數十天，長期穩(wěn)定性是指1年以上。 二構造與性能、2020/7/30、14、3.1水晶音叉陀螺儀、(3)性能指標、偏置穩(wěn)定性是指一定溫度范圍內的偏置穩(wěn)定性，是陀螺儀的重要指標之一。 在同種陀螺儀中，這個指標QRS是最好的。 通常，內部不需要進行溫度控制，通過溫度補償的方法，即反復測定各傳感器和溫度的最佳關系，可以通過輸出補償實現更高的精度。 偏置穩(wěn)定性：雙結構和性能，2020/7/30，15，3.1水晶音叉陀螺儀，(3)性能指標，QR

7、S具有良好的尺度因子穩(wěn)定性和線性，許多測試結果表明，其線性在運行中約為10-5級，尺度因子穩(wěn)定與二構造和性能、2020/7/30、16、3.1水晶音叉陀螺儀、(3)性能指標、轉子陀螺儀不同，QRS的動態(tài)性能主要取決于同步解調電路。 帶寬超過100Hz，與全尺度范圍無關。 如果采用專用IC集成電路的降噪，對男同志和帶寬的提高更有利。 動態(tài)特性：二構造和性能、2020/7/30、17、3.1水晶音叉陀螺儀、(3)性能指標、QRS在高振動環(huán)境下也具有優(yōu)良的性能。 振動誤差小于0.003/sg-1。 據報道，QRS已經取得了美國海軍、空軍等導彈、飛機、艦船的使用資格，QRS的設定修訂進入了成熟階段。振

8、動和環(huán)境條件：雙結構和性能，2020/7/30，18，3.1水晶音叉陀螺，三數字水晶慣性測量裝置，數字水晶慣性測量裝置(DQI )由美國的搖滾樂威爾公司和DQI兩部分組成，以滿足戰(zhàn)術精密制導武器的成本、體積和電功耗等方面的特殊要求一個是ISA及其處理電路，另一個是IMU功能電路，包括數字信號處理電路、投入產出電路和電源電路等。2020/7/30、19、3.1水晶音叉陀螺儀、三數字水晶慣性測定裝置、2020/7/30、20、3.2半球諧振陀螺儀、工作原理和結構、(1)工作原理、半球諧振陀螺儀是一種、2020/7/30、21、3.2半球諧振陀螺儀、一工作原理(1)工作原理，2020/7/30，22

9、，3.2半球諧振陀螺儀，工作原理和結構，(2)典型的結構，2020/7/30，23，3.2半球諧振陀螺儀輸入旋轉和諧振器的殘奧儀表變化時，通過控制電路將諧振器模式維持在零進動的穩(wěn)定工作狀態(tài)此時，陀螺儀在“重新平衡”模式下工作。 根據半球諧振器的激勵方式，半球諧振陀螺有“總角度”和“再平衡”兩個運作模式。 半球杯體的激勵電壓與杯體的位置無關，振動型可隨輸入旋轉自由前進，振動型的瞬時位置是積分速率輸出，此時陀螺儀被用作積分陀螺儀。據說此時陀螺儀以“總角度定”模式工作。 2020/7/30、24、3.2半球諧振陀螺儀、二半球諧振陀螺儀的信號檢測、(1)閉環(huán)檢測、半球諧振陀螺儀的基本動作條件是，通過施

10、加激勵，四腹振動的位置和寬度不會隨殼體的旋轉而變化。單點激勵和雙點激勵、2020/7/30、25、3.2半球諧振陀螺儀、2半球諧振陀螺儀的信號檢測、單點激勵、單點激勵下難以檢測閉環(huán)、2020/7/30、26、3.2半球諧振陀螺儀、2半球諧振陀螺儀的信號檢測、雙點激勵3.2半球諧振陀螺儀、2半球諧振陀螺儀的信號檢測、閉環(huán)檢測的分析、閉環(huán)檢測的本質是不將四腹振動的位置和速度保持在杯中，(n是奇數)對四腹振動的穩(wěn)定作用最有利，2020/7/30、29、3.2半球諧振陀螺儀、2半球諧振陀螺儀的信號檢測，(2) c、d、2020/2020/7/30、31、3.2半球共振陀螺、二半球共振陀螺的信號檢測、(2)振動信號的拾取、四腹振動扭矩器和信號機的配置、2020/7/30、32、3.3其他典型的振動陀螺儀2020/7/30、34 3.3其他典型的振動陀螺儀，三振盤陀螺，2020/7/30，35，3.3其他典型的振動陀螺儀，四振盤硅微陀螺，2020/7/30， 36四振輪式硅陀螺、2020/7/30、38、3.3其他典型振動陀螺儀、四振輪式硅陀螺、2020/7/30、39、3.3其他典型振動陀螺儀、五梳齒振動硅