一種利用雙節(jié)點(diǎn)電極消除圓柱殼體陀螺溫度漂移的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用雙節(jié)點(diǎn)電極消除圓柱殼體陀螺溫度漂移的方法，其步驟為：（1)將位于檢測節(jié)點(diǎn)位置的壓電電極設(shè)置為兩個(gè)電極，構(gòu)成雙節(jié)點(diǎn)電極；這兩個(gè)電極位于檢測剛性軸的兩側(cè)，與檢測剛性軸形成一個(gè)較小的夾角，記這兩個(gè)電極之間的夾角為A0;(2)測量陀螺沒有角速度輸入時(shí)的電極信號(hào)Vds、Vnl、Vn2，計(jì)算A0；(3)解算角速度：首先對(duì)雙節(jié)點(diǎn)電極的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和低通濾波，然后根據(jù)濾波后的信號(hào)解算出角速度。本發(fā)明具有原理簡單、易實(shí)現(xiàn)、實(shí)施成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種利用雙節(jié)點(diǎn)電極消除圓柱殼體陀螺溫度漂移的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要涉及到固體波動(dòng)陀螺領(lǐng)域，特指一種利用雙節(jié)點(diǎn)電極消除圓柱殼體陀 螺溫度漂移的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 圓柱殼體振動(dòng)陀螺是利用軸對(duì)稱圓柱殼體中彈性波的慣性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)角速動(dòng)測量， 其具有固體波動(dòng)陀螺特有的精度高、能耗小、準(zhǔn)備時(shí)間短、抗電離輻射能力強(qiáng)、抗沖擊振動(dòng) 好、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，所以發(fā)展和應(yīng)用前景極為廣闊。
[0003] 圓柱殼體振動(dòng)陀螺的工作原理為：給其諧振子支撐梁上相互垂直的四個(gè)壓電激勵(lì) 電極施加交流電壓，由逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電極帶動(dòng)支撐梁振動(dòng)，使振動(dòng)傳遞到諧振環(huán)，激勵(lì) 出如圖1所示的諧振子的第一模態(tài)。由圖1可見，諧振子的第一模態(tài)為環(huán)向波數(shù)為2的駐 波，其中波腹點(diǎn)處的振幅最大，波節(jié)點(diǎn)處的振幅為零，波腹點(diǎn)連線構(gòu)成固有剛性軸系；當(dāng)有 軸向角速度輸入時(shí)，諧振環(huán)在哥氏力的作用下產(chǎn)生如圖2所示的另一固有剛性軸系的第二 模態(tài)振動(dòng)。諧振環(huán)第二模態(tài)的振動(dòng)通過支撐梁傳遞到相互垂直的四個(gè)壓電檢測電極，由壓 電效應(yīng)產(chǎn)生的敏感信號(hào)經(jīng)過電路和軟件處理即可得到輸入角速度。
[0004] 溫度漂移較大是圓柱殼體振動(dòng)陀螺的主要缺陷，一般認(rèn)為，圓柱殼體振動(dòng)陀螺溫 度漂移的原因是溫度變化引起了諧振子固有剛性軸的偏轉(zhuǎn)。對(duì)于理想諧振子來說，諧振子 的剛性軸可為任意直徑；但是，由于加工誤差和諧振子材料的非均勻性，實(shí)際諧振子的剛性 軸為一確定的直徑。當(dāng)溫度變化時(shí)，諧振子的尺寸、質(zhì)量分布、材料的彈性模量等參數(shù)均會(huì) 發(fā)生變化，諧振子的剛性軸因此發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致波節(jié)點(diǎn)出的檢測電極產(chǎn)生額外輸出，該輸出 即為溫度漂移。如圖3所示，為圓柱殼體振動(dòng)陀螺的壓電電極分布圖，8片壓電電極均勻的 分布于諧振子的底面，其中，1、3、5、7為驅(qū)動(dòng)電極，2、4、6、8為檢測電極。為了使陀螺獲得更 好的性能，通常將壓電電極貼于諧振子的固有剛性軸位置。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，由于諧振子 發(fā)生變形，且諧振子材料的彈性模量等參數(shù)發(fā)生改變，諧振子的固有剛性軸因此而偏轉(zhuǎn)，檢 測電極的輸出隨之發(fā)生變化，產(chǎn)生溫度漂移。
[0005] 傳統(tǒng)的消除陀螺溫度漂移的方法是對(duì)陀螺進(jìn)行溫度補(bǔ)償，由于溫度測量的遲滯效 應(yīng)，溫度補(bǔ)償?shù)木韧ǔ２桓?，且增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，提高了成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一 種原理簡單、易實(shí)現(xiàn)、實(shí)施成本低廉的利用雙節(jié)點(diǎn)電極消除圓柱殼體陀螺溫度漂移的方法。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種利用雙節(jié)點(diǎn)電極消除圓柱殼體陀螺溫度漂移的方法，其步驟為：
[0009] (1)將位于檢測節(jié)點(diǎn)位置的壓電電極設(shè)置為兩個(gè)電極，構(gòu)成雙節(jié)點(diǎn)電極；這兩個(gè) 電極位于檢測剛性軸的兩側(cè)，與檢測剛性軸形成一個(gè)較小的夾角，記這兩個(gè)電極之間的夾 角為Λ θ ;
[0010] (2)測量陀螺沒有角速度輸入時(shí)的電極信號(hào)，計(jì)算Λ θ :
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種利用雙節(jié)點(diǎn)電極消除圓柱殼體陀螺溫度漂移的方法，其特征在于，步驟為： (1) 將位于檢測節(jié)點(diǎn)位置的壓電電極設(shè)置為兩個(gè)電極，構(gòu)成雙節(jié)點(diǎn)電極；這兩個(gè)電極 位于檢測剛性軸的兩側(cè)，與檢測剛性軸形成一個(gè)較小的夾角，記這兩個(gè)電極之間的夾角為 Δ θ ； (2) 測量陀螺沒有角速度輸入時(shí)的電極信號(hào)Vds、Vnl、Vn2，計(jì)算Λ Θ :
式中，均為壓電電極的輸出信號(hào)；Θ。是電極與檢測剛性軸的夾角；Λ Θ是 兩電極之間的夾角，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)Λ Θ保持恒定大?。? (3) 解算角速度：首先對(duì)雙節(jié)點(diǎn)電極的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和低通濾波，然后根據(jù)濾波后的 信號(hào)解算出角速度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用雙節(jié)點(diǎn)電極消除圓柱殼體陀螺溫度漂移的方法，其特征 在于，所述步驟（3)的流程為： (3. 1)將節(jié)點(diǎn)電極信號(hào)Vnl、V&用驅(qū)動(dòng)軸檢測信號(hào)Vds進(jìn)行解調(diào)； (3. 2)將解調(diào)后得到的兩路信號(hào)進(jìn)行低通濾波； (3.3)根據(jù)濾波后的信號(hào)，用下式計(jì)算出與角速度成正比的量K2,進(jìn)而解算出角速度：
其中，
分別為雙節(jié)點(diǎn)電極中電極1和2的信號(hào)解調(diào)并低通濾 波后的信號(hào)幅值；驅(qū)動(dòng)檢測軸的速度信號(hào)為：sin (cot)。
【文檔編號(hào)】G01C19/5677GK104215234SQ201410478731
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】吳宇列, 吳學(xué)忠, 崔紅娟, 肖定邦, 張勇猛, 席翔, 吳小梅 申請(qǐng)人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)