[发明专利]一种钟形振子式角速率陀螺模型建立方法

说明书

技术领域

本发明属于角速率陀螺技术领域，具体涉及一种钟形振子式角速率陀螺的振子模型建立方法。

背景技术

陀螺作为敏感载体角运动的惯性器件，是惯性导航、制导的核心部件。基于哥氏力原理的振动陀螺具有所有的惯性品质，其在惯性技术领域的地位越来越重要，已被人们当作新一代的惯性仪表受到广泛的关注。在科学技术发展和市场需求的推动下，各种振动陀螺相继出现。

专利号为：ZL201010215745.1，发明名称为：钟形振子式角速率陀螺的专利申请提供了一种钟形振子式角速率陀螺，该钟形振子式角速率陀螺是一种基于哥氏力原理的振动陀螺，其敏感器件采用熔融石英材料的钟形谐振子。目前，基于该钟形振子式角速率陀螺的振子设计，是依靠经验判断法和试凑法得来的，这两种方法研发成本高，研制周期长。且对于钟形振子的具体振动过程缺乏理论上的分析。

发明内容

本发明的目的是为了克服经验判断法和参数试凑法设计的钟形振子式角速率陀螺振子的研发成本高、研制周期长等缺点，提出一种钟形振子式角速率陀螺振子的模型建立方法，该方法给出了钟形振子的谐振频率振动方法和动力学模型，分析了钟形振子的振动过程，有助于科研人员熟悉钟形振子的振动机理，从而缩短钟形振子的设计周期，节约了整个钟形振子式角速率陀螺的开发时间。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种钟形振子式角速率陀螺振子结构设计方法，包括以下步骤：

步骤1，利用简化的弹性薄板弯曲振动理论对钟形振子进行化简；

步骤2，计算钟形振子中圆柱面形部分振动模型；

步骤3，计算钟形振子中半球面形部分振动模型；

步骤4，计算钟形振子中底部边缘部分振动模型；

步骤5，对步骤2、步骤3、步骤4进行融合，得到钟形振子整体振动模型。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1） 本发明提供的钟形振子式角速率陀螺振子模型建立方法，利用简化的弹性薄板弯曲振动微分方程作为基础，为钟形振子的模型分析奠定了基础；

（2） 本发明提供的钟形振子式角速率陀螺振子模型建立方法提高了验证分析能力和准确性，为钟形振子的合理设计提供了依据；

（3） 本发明提供的钟形振子式角速率陀螺振子模型建立方法通过对钟形振子各曲面结构进行分析，简化了分析过程，避免了对复杂旋转曲面的直接求解；

（4） 本发明提供的钟形振子式角速率陀螺振子模型建立方法可以得到指导设计的有效分析数据，方便设计人员总结出结构设计的经验，从而归纳形成设计的规范和标准。

附图说明

图1为钟形振子式角速率陀螺振子结构设计方法流程图；

图2为钟形振子示意图；

图3为钟形振子圆柱面形部分坐标示意图；

图4为钟形振子半球面形部分坐标示意图。

具体实施方式

钟形振子式角速率陀螺的原理是利用发生谐振的钟形振子旋转时引起的振型角度的进动，来确定陀螺基座绕惯性空间旋转的角度。为使钟形振子能产生环向波数n=2的理想振型，必须准确地控制钟形振子的激振频率，而这一频率正是钟形振子在该振型下的固有频率，因此我们就要对钟形振子的结构进行合理设计，使得到的钟形振子能产生理想振型，并按照要求的振动模式进行振动。

本发明提供的钟形振子式角速率陀螺模型建立方法的流程如图1所示，具体如下：

步骤1，利用简化的弹性薄板弯曲振动理论简化钟形振子；

钟形振子结构示意图如图2所示。在弹性薄板弯曲振动理论中，薄板小挠度弯曲的问题是从位移角度进行求解的，将薄板的挠度                                                取为基本未知函数，所谓弹性曲面微分方程就是将所有的其他物理量，都用来表示，最终建立的微分方程如下：

                                (1)

其中，，称为薄板的弯曲刚度，它的量纲是。

求解薄板小挠度弯曲的问题时，须按照薄板侧面上（即板边上）的边界条件，由这个微分方程求出挠度，然后求取相应应力分量。

钟形振子是一个振动体，可视为无穷多个微小薄板弯曲的组成，所以需要根据薄板曲面微分方程推导出薄板振动的方程（在振子实际工作过程中，只受到垂直于中面方向的横向振动，故只研究薄板在垂直于中面方向的横向振动问题）。