[发明专利]一种石英微机械陀螺双轴减振装置的设计方法

说明书

本发明涉及一种石英微机械陀螺双轴减振装置的设计方法，属于惯性零件测量器件技术领域。本发明方法通过结构设计，把第一单轴结构和第二单轴结构设计成正交结构；再对设计结构进行模态分析优化、谐响应分析优化使其达到减振效果，同时又可以完成两个待测单轴石英微机械陀螺的角速度检测。有效地减少了外界噪声，提高了性能。

技术领域

本发明涉及一种石英微机械陀螺双轴减振装置的设计方法，属于惯性零件测量器件技术领域。

背景技术

惯性仪器在测量物体的角加速度、加速度和线加速度中有着广泛的应用。在《石英微机械陀螺敏感器件减振设计》的文章中，涉及到单轴石英微机械陀螺敏感器件的减振设计，但在实际应用下，根据在多轴陀螺应用中，各敏感器件之间存在振动干扰，导致陀螺噪声过大，输出信号中存在低频信号，需要同时测量多个轴向的角速度，如果采用单轴减振结构，那么每个敏感元件都需要一个减振结构，增加了器件的体积，不利于实际应用。

发明内容

为解决现有微机械陀螺减振装置存在的不足，本发明提供了一种石英微机械陀螺双轴减振装置的设计方法，当此双轴减振装置使用时，能同时满足两个轴向的减振，并且比两个敏感元件分别加装减振结构体积要小。

一种石英微机械陀螺双轴减振装置的设计方法，包括如下三个步骤：

步骤一、结构设计。设计结构包括法兰、减振体和减振橡胶垫。

所述法兰为空心圆柱，圆柱外表面中部有一个外缘，外缘上均匀分布四个用于固定法兰的螺孔。

所述减振体位于法兰的空心部分，与法兰同轴且与法兰内壁有间隙，包括第一单轴结构和第二单轴结构，第一单轴结构和第二单轴结构均为中空的长方体、大小形状相同、相互垂直放置。两个单轴结构中空部分大小与被测石英微机械陀螺相同，中空部分两侧的长方体边缘上各设置一个用于安装陀螺敏感器件的安装孔，在垂直放置两个单轴结构时，四个安装孔互不遮掩且均匀对称分布。

所述减振橡胶垫位于法兰及双层减振体的中间位置，第一单轴结构、第二单轴结构和法兰内壁的间隙中沿环形均匀分布，用于连接法兰和减振体的四块减振橡胶垫，使得第一单轴结构、第二单轴结构和法兰之间不相互滑动。两个被测陀螺敏感器件分别安装在第一单轴结构、第二单轴结构的中空部分，与第一单轴结构、第二单轴结构之间采用胶粘接的方式，两个被测陀螺敏感元件的敏感轴成90度正交。法兰通过螺钉组装在需要检测角速度的结构体内，陀螺敏感器件通过减振橡胶垫进行减振，减振橡胶垫采用甲基乙烯基材料，各方向的方向刚度相同，不会出现偏振。

步骤二、对步骤一设计的结构进行优化，使得其同时满足以下三个条件：

(1)减振装置在石英微机械陀螺敏感器件工作频率(通常为11kHz)的减振效率最高。所述减振效率是通过隔离敏感元器件之间振动的隔振系数来说明的，减振效率最高即隔振系数最大。隔振系数η为

其中，Z＝w/w_n，w为减振装置的激励频率，w_n为减振装置固有频率；ε为系统阻尼比系数。时，η<1，则起到了减振效果。

(2)减振装置转动振动模态的固有频率大于被测陀螺敏感器件带宽的两倍。

(3)减振装置低阶线性振动模态的固有频率大于被测陀螺敏感器件检测频率与激励频率之差的两倍或两倍以上。

步骤2.1、模态分析优化

为预测双轴减振装置减振效果，并对减振橡胶垫结构的材料进行指导，采用模态分析对减振装置固有频率进行数值模拟：根据步骤一设计的结构，建立有限元模型，采用四面体三维实体单元类型，根据已确定的边界条件，将边界条件施加在法兰的安装面上，约束法兰安装面的所有自由度，计算出减振装置前10阶固有频率。