一種具有剛性軸自穩定性能的圓柱殼陀螺諧振子的製作方法
2023-05-04 05:13:46
一種具有剛性軸自穩定性能的圓柱殼陀螺諧振子的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有剛性軸自穩定性能的圓柱殼陀螺諧振子，包括殼體和壓電電極片，所述殼體包括殼壁和殼底，所述壓電電極片為兩個以上且貼附在殼底上，所述殼壁上設置應力導向結構，當諧振子的剛性軸偏離所述應力導向結構時，所述應力導向結構所產生的應力會將剛性軸拉向應力導向結構的方位。本發明結構簡單緊湊、製作方便，能夠減小陀螺儀剛性軸在溫度變化過程中剛性軸發生偏轉而導致的溫漂。
【專利說明】一種具有剛性軸自穩定性能的圓柱殼陀螺諧振子
【技術領域】
[0001] 本發明主要涉及到固體波動陀螺領域，特指一種具有剛性軸自穩定性能的圓柱殼 陀螺諧振。
【背景技術】
[0002] 固體波動陀螺具有可靠性好、體積小、精度高、抗衝擊能力強等優點，並且具有低 成本、大批量生產的潛力。尤其是以特殊金屬為材料製造的圓柱殼陀螺，能夠在普通加工中 心完成製造，具有低成本、可大批量生產的特點，有著廣泛的發展和應用前景，目前正受到 越來越多的研究和關注。
[0003] 圓柱殼陀螺的工作原理為：給其諧振子底面相互垂直的四個壓電激勵電極施加交 流電壓，由逆壓電效應產生的電極振動通過傳振結構傳遞到諧振子，激勵出如圖1所示的 諧振子的驅動模態。由圖1可見，諧振子的驅動模態為環向波數為2的駐波，其中波腹點處 的振幅最大，波節點處的振幅為零，波腹點連線構成固有剛性軸系，如圖1中與7-7、 當有軸向角速度輸入時，諧振子在哥氏力的作用下產生如圖2所示的另一固有剛性軸系的 檢測模態振動，諧振環檢測模態下的振動通過傳振結構傳遞到相互垂直的四個壓電敏感電 極，由壓電效應產生的敏感信號經過電路和軟體處理即可得到輸入角速度。
[0004] 然而，這類陀螺容易受到環境溫度的影響，具體表現為環境溫度變化引起諧振子 的節點不穩定，剛性軸會不斷發生偏轉。溫漂降低了這類陀螺的精度，限制了其在裝 備中的應用。傳統上，減小這類陀螺溫漂的主要辦法是通過電路進行相應補償，但存在效率 低、精度差、重複性不好等缺陷。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題就在於：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一 種結構簡單緊湊、製作方便、能夠減小陀螺儀剛性軸在溫度變化過程中剛性軸發生偏轉而 導致的溫漂的具有剛性軸自穩定性能的圓柱殼陀螺諧振子。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案： 一種具有剛性軸自穩定性能的圓柱殼陀螺諧振子，包括殼體和壓電電極片，所述殼體 包括殼壁和殼底，所述壓電電極片為兩個以上且貼附在殼底上，所述殼壁上設置應力導向 結構，當諧振子的剛性軸偏離所述應力導向結構時，所述應力導向結構所產生的應力會將 剛性軸拉向應力導向結構的方位。
[0007] 作為本發明的進一步改進：所述應力導向結構為設置於殼壁上的多瓣式結構。
[0008] 作為本發明的進一步改進：所述多瓣式結構沿殼壁的圓周對稱均勻分布。
[0009] 作為本發明的進一步改進：所述多瓣式結構中瓣的數量為偶數。
[0010] 作為本發明的進一步改進：所述多瓣式結構中瓣的結構為凸起。
[0011] 作為本發明的進一步改進：所述多瓣式結構中瓣的結構為沿著殼體徑向方向的孔 槽。
[0012] 作為本發明的進一步改進：所述孔槽的形狀為矩形。
[0013] 作為本發明的進一步改進：所述殼壁和殼底為不同材料製成且通過裝配連接。
[0014] 作為本發明的進一步改進：所述壓電電極片在殼底上呈中心對稱輻射狀分布。
[0015] 與現有技術相比，本發明的優點在於： 1、本發明的具有剛性軸自穩定性能的圓柱殼陀螺諧振子，利用殼壁上設置應力導向結 構，當諧振子的剛性軸偏離應力導向結構一定角度時候，應力導向結構所產生的應力會將 剛性軸"拉"向應力導向結構的方位。因此，可以利用此效應用於陀螺儀剛性軸的自穩定。
[0016] 2、本發明的具有剛性軸自穩定性能的圓柱殼陀螺諧振子，使它能夠在一定溫度變 化範圍內，殼體內部產生方向穩定的熱應力，使殼體結構中產生的熱應力與剛性軸重合，從 而有效抑制其剛性軸的偏轉，顯著降低溫漂。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1是圓柱殼陀螺諧振子的驅動模態示意圖。
[0018] 圖2是圓柱殼陀螺諧振子的檢測模態示意圖。
[0019] 圖3是本發明採用應力導向凸起的立體組裝結構示意圖。
[0020] 圖4是本發明採用應力導向凸起的俯視示意圖。
[0021] 圖5是本發明採用應力導向槽的結構示意圖。
[0022] 圖6是本發明採用應力導向槽的俯視結構示意圖。
[0023] 圖7是本發明採用應力導向槽的局部剖視示意圖。
[0024] 圖8是本發明在具體應用過程中的原理示意圖。
[0025] 圖例說明： 1、殼底；2、殼壁；3、壓電電極片；4、應力導向凸起；5、應力導向槽。
【具體實施方式】
[0026] 以下將結合說明書附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0027] 如圖3和圖4所示，本發明的圓柱殼陀螺諧振子，包括殼體和壓電電極片3,該殼體 包括殼壁2和殼底1，殼壁2和殼底1為不同材料製成且通過裝配連接，例如可通過連接件 裝配，或採用其他的固接方式。壓電電極片3為兩個以上且貼附在殼底1上，壓電電極片3 用於激勵或檢測，即兩個以上的壓電電極片3中的一部分用於激勵諧振子在第一模態下振 動，另一部分用於檢測諧振子因角速度而產生的第二模態振動。通過實踐可知，非均勻熱應 力可以導致剛性軸的偏轉，表明其對諧振子的振動具有應力導向效應：即非均勻應力與剛 性軸方向不一致時，剛性軸具有朝著應力方向偏轉的趨勢。為此，本發明在殼壁2上設置應 力導向結構，如圖8所示，A為應力方向，B為振動方向，當諧振子的剛性軸偏離應力導向結 構一定角度時候，應力導向結構所產生的應力會將剛性軸"拉"向應力導向結構的方位。因 此，可以利用此效應用於陀螺儀剛性軸的自穩定。
[0028] 本實施例中，該應力導向結構為設置於殼壁2上的多瓣式結構(可以為異形結構)， 瓣的結構為凸起或沿徑向矩形孔槽，即圖3和圖4中的應力導向凸起4,或者圖5、圖6和圖 7中的應力導向槽5。上述瓣式結構沿殼壁2的圓周對稱均勻分布，瓣數一般為偶數。
[0029] 如圖3所示，對於應力導向凸起4類的多瓣式結構，可以採用數控異形磨削進行加 工，通過設計諧振子毛坯與磨頭的特殊運動軌跡，嚴格按照設計參數加工出高精度異形導 向結構，提1?加工精度，進而提1?整體的靈敏度等性能。
[0030] 如圖5所示，對於應力導向槽5類的多瓣式結構，可以採用電火花刻蝕進行加工。 即根據應力導向槽5的尺寸（例如：槽寬1.5 mm，槽深3. 36 mm)，設計電火花加工用電極。 沿軸線方向迴轉諧振子，即可在不同位置刻出應力導向槽5,同時易控制槽的深淺。應力導 向槽5可以為沿著殼體徑向方向的矩形孔槽。
[0031] 本實施例中，殼壁2的高度為20 mm，殼底1的殼底直徑為25 mm。
[0032] 本實施例中，壓電電極片3在殼底1上呈中心對稱輻射狀分布。
[0033] 另外，考慮到諧振子在實際製造過程中也會存在一定的精度誤差，因而諧振子的 頻率匹配性受到破壞。與傳統的殼體振動陀螺頻率平衡方式不同，本發明具有應力導向結 構的諧振子在其修形後不能引入新的應力，通過結構分析確定修形部位，消除諧振子的頻 率裂解，同時保持諧振子內部應力穩定。
[0034] 以上僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護範圍並不僅局限於上述實施例， 凡屬於本發明思路下的技術方案均屬於本發明的保護範圍。應當指出，對於本【技術領域】的 普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，應視為本發明的保護 範圍。
【權利要求】
1. 一種具有剛性軸自穩定性能的圓柱殼陀螺諧振子，包括殼體和壓電電極片（3)，所 述殼體包括殼壁（2)和殼底（1)，所述壓電電極片（3)為兩個以上且貼附在殼底（1)上，其特 徵在於，所述殼壁（2)上設置應力導向結構，當諧振子的剛性軸偏離所述應力導向結構時， 所述應力導向結構所產生的應力會將剛性軸拉向應力導向結構的方位。
2. 根據權利要求1所述的具有剛性軸自穩定性能的圓柱殼陀螺諧振子，其特徵在於， 所述應力導向結構為設置於殼壁（2)上的多瓣式結構。
3. 根據權利要求2所述的具有剛性軸自穩定性能的圓柱殼陀螺諧振子，其特徵在於， 所述多瓣式結構沿殼壁（2)的圓周對稱均勻分布。
4. 根據權利要求2所述的具有剛性軸自穩定性能的圓柱殼陀螺諧振子，其特徵在於， 所述多瓣式結構中瓣的數量為偶數。
5. 根據權利要求2或3或4所述的具有剛性軸自穩定性能的圓柱殼陀螺諧振子，其特 徵在於，所述多瓣式結構中瓣的結構為凸起。
6. 根據權利要求2或3或4所述的具有剛性軸自穩定性能的圓柱殼陀螺諧振子，其特 徵在於，所述多瓣式結構中瓣的結構為沿著殼體徑向方向的孔槽。
7. 根據權利要求6所述的具有剛性軸自穩定性能的圓柱殼陀螺諧振子，其特徵在於， 所述孔槽的形狀為矩形。
8. 根據權利要求1?4中任意一項所述的具有剛性軸自穩定性能的圓柱殼陀螺諧振 子，其特徵在於，所述殼壁（2)和殼底（1)為不同材料製成且通過裝配連接。
9. 根據權利要求1?4中任意一項所述的具有剛性軸自穩定性能的圓柱殼陀螺諧振 子，其特徵在於，所述壓電電極片（3 )在殼底（1)上呈中心對稱輻射狀分布。
【文檔編號】G01C19/5677GK104215233SQ201410477385
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2014年9月18日
【發明者】吳學忠, 吳宇列, 席翔, 張勇猛, 崔紅娟, 吳小梅 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學