[发明专利]钟形振子式角速率陀螺振子结构设计方法

权利要求书

1.钟形振子式角速率陀螺振子结构设计方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1，建立钟形振子的有限元模型；

步骤2，对钟形振子的振动特性进行分析，得到振子的固有振动频率和相关振型；通过低阶模态有限元分析方法得到钟形振子的固有频率及其振型，选取四波腹振型对应的频率作为钟形振子的激励频率，对钟形振子进行激励，得到有效的四波腹振型；

步骤3，提取钟形振子的结构参数，得到钟形振子的各参数对钟形振子固有频率的影响规律；

步骤4，根据钟形振子的各参数对钟形振子固有频率的影响规律，优化钟形振子的结构参数，获得钟形振子结构的设计参数。

2.根据权利要求1所述的钟形振子式角速率陀螺振子结构设计方法，其特征在于：所述的步骤3中当钟形振子体积为25mm×30mm×25mm时，得到的钟形振子的各参数对钟形振子固有频率的影响规律为：

(1)当钟形振子的边缘厚度D1在1mm～1.9mm范围内时，其四波腹振动频率随着D1的增大而增大；当D1＝1.6mm时，钟形振子的四波腹振型的模态阶数发生移动，从四阶、五阶模态转移到了五阶、六阶模态，此时钟形振子的四波腹振型的振动频率接近相邻阶次的振动频率；

(2)当钟形振子的顶部厚度HD在0.6mm～1.5mm范围内时，其四波腹振动频率随着HD的增大而增大；当HD＝1.2mm时，钟形振子的四波腹振型的模态阶数发生移动，从四阶、五阶模态转移到了三阶、四阶模态，此时钟形振子的四波腹振动频率接近相邻阶次的振动频率；

(3)当钟形振子内半径R1在10.4mm～12.2mm范围内时，其四波腹振动频率随着R1的增大而减小；

(4)当钟形振子外半径R3在11.4mm～13.2mm范围内时，其四波腹振动频率随着R3的增大而增大；当R3＝12.8mm时，钟形振子的四波腹振型的模态阶数发生移动，从四阶、五阶模态转移到了五阶、六阶模态，此时钟形振子的四波腹振动频率接近相邻阶次的振动频率；

(5)当钟形振子的顶部圆孔所在圆半径R4在7.8mm～8.7mm范围内时，其四波腹振动频率随着R4的增大而增大，振动频率变化了12.5073Hz；

(6)当钟形振子的顶部圆孔半径R5在1.6mm～2.5mm范围内时，其四波腹振动频率随着R5的增大而减小，振动频率变化了16.4968Hz；当R5＝2.3mm时，钟形振子四波腹振型的模态阶数发生移动，从四阶、五阶模态转移到了五阶、六阶模态，此时钟形振子的四波腹振动频率接近相邻阶次的振动频率；

(7)当钟形振子的高度L2和边缘高度L1在9.5mm～14.0mm范围内时，其四波腹振动频率随着L1的增大而增大、随着L2的增大而减小。

3.根据权利要求2所述的钟形振子式角速率陀螺振子结构设计方法，其特征在于：所述的步骤4中对钟形振子参数进行选择过程如下：

(1)钟形振子的边缘厚度D1：当D1＝1.3mm时，钟形振子的四波腹振动频率远离相邻阶次的振动频率，当D1＝1.9mm时，虽然四波腹振动频率也远离其相邻阶次的振动频率，但其所需激励的频率大于前者，而偏差相较前者略小，所示选取边缘厚度D1为1.3mm；

(2)钟形振子的顶部厚度HD：HD＝0.7mm和HD＝1.5mm均符合条件，但是在相同条件下，材料越厚，所需的激励力越大，故选取顶部厚度HD为0.7mm；

(3)钟形振子内半径R1：R1在给定的范围内，固有频率均远离相邻阶次的振动频率，且差值无太大变化，但考虑到钟形振子的边缘厚度D1的值、顶部厚度HD的值选定时的激励频率均为6KHz以上，所以选取钟形振子内半径R1为11.4mm；

(4)选取钟形振子外半径R3为11.8mm；钟形振子高度L2为19mm；钟形振子边缘高度L1为11mm；

(5)钟形振子顶部圆孔所在圆半径R4：四波腹振动频率与上一阶频率的偏差随着R4的增加而增加，与下一阶频率的偏差随着R4的增大而减小，兼顾其他钟形振子的参数，故选取钟形振子顶部圆孔所在圆半径R4为8.7mm；

(6)钟形振子顶部圆孔半径R5：如若单纯考虑频率差，R5＝1.6mm即为最佳值，但考虑到顶部圆孔半径越小，顶部圆孔之间的间隙就越大，所需的激励力就越大，所以选取顶部圆孔半径R5为2mm。