[发明专利]一种石英圆柱谐振子第二次谐波误差的化学修调方法

说明书

本发明属于振动陀螺技术领域，公开了一种石英圆柱谐振子第二次谐波误差的化学修调方法，所述方法包括步骤：A、通过扫频方法获得谐振子的本征频率、频率裂解和固有刚性轴方位；B、根据谐振子的本征频率、质量、振幅比，计算谐振子的第二次谐波误差值；C、根据化学修形的浸没深度、倾斜角度、谐振子的第二次谐波误差值和化学刻蚀液的刻蚀速率计算化学修形时间；D、根据化学修形时间，利用化学刻蚀液沿低频轴方位间隔180°的两个位置上对谐振子刻蚀。通过在谐振子n＝1模态的低频轴方位去除特定质量来降低第二次谐波误差值，该方法能够进一步改善谐振子的一致性和对称性，降低输出信号中的噪声，提高圆柱振动陀螺的精度。

技术领域

本发明属于振动陀螺技术领域，具体涉及一种石英圆柱谐振子第二次谐波误差的化学修调方法。

背景技术

圆柱壳体振动陀螺是一种利用其振动壳体上驻波的惯性效应来检测角速度的固态陀螺仪，具有精度高、寿命长、功耗低、体积小、成本低等优点，在惯性领域具有广阔的应用前景，是目前的研究热点。其基本工作原理为：圆柱壳体谐振子在工作频率激励下，产生沿激励方向的驻波振动。当外界有角速度输入时，由于科里奥利力的存在会导致在与激励方向成45°的位置产生一个新的驻波振动，两个驻波振动的叠加会使谐振子振型发生进动，对进动进行解调就可以获得外界输入的角速度大小。

石英圆柱壳体谐振子是圆柱壳体振动陀螺的核心器件，其品质因数和频率裂解会直接影响陀螺的整体性能。但是由于谐振子复杂的三维结构、材料特性以及加工技术的限制，导致实际加工出来的谐振子总是会存在不同程度的壁厚不均匀性、密度不均匀性和结构损伤等缺陷。以上缺陷会严重影响谐振子的一致性和对称性，进而导致沿谐振子两个本征主轴的振动频率发生变化，其差值即为频率裂解值。频率裂解值的大小由谐振子缺陷的大小决定，模态的主轴方向由谐振子缺陷的空间分布决定。频率裂解的存在会使陀螺输出信号中存在误差，严重影响陀螺精度，因此必须通过修形来减小频率裂解。

谐振子上的这些缺陷可以用傅里叶展开表示为多次谐波叠加的形式。在缺陷的谐波展开式中，前四次谐波误差是造成陀螺误差和性能下降的主要原因。其中，谐振子缺陷的第四次谐波误差是引起谐振子n＝2模态频率裂解的主要因素，第二次谐波误差是引起谐振子n＝1模态频率裂解的主要因素。第一、二、三次谐波误差会引起工作在n＝2模态谐振子质心的移动，质心的移动会增加谐振子的支撑损耗，并导致谐振子品质因数的不均匀性。由于n＝2模态频率裂解是振动陀螺误差的主要来源，因此现有技术都只关注谐振子第四次谐波误差的修调。但是对于高精度振动陀螺，即使谐振子完成了第四次谐波误差的修调，第二次谐波误差将造成陀螺性能的显著恶化，严重制约了振动陀螺的精度。因此，现有技术需要进一步完善和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为减小石英圆柱壳体谐振子第二次谐波误差值，进一步提高谐振子性能，提出一种石英圆柱谐振子第二次谐波误差的化学修调方法。该发明基于化学修形系统，建立了谐振子第二次谐波误差值与化学修形参数之间的关系，通过在谐振子n＝1模态的低频轴方位去除一定质量来减小圆柱壳体谐振子n＝1模态的频率裂解值，从而减小石英圆柱壳体谐振子的第二次傅里叶谐波误差值。

本发明提供的技术方案为：

一种石英圆柱谐振子第二次谐波误差的化学修调方法，其步骤为：

S1：确定石英圆柱壳体谐振子n＝1模态的固有刚性轴方位和频率裂解值；

1.1)采用扫频方法获得谐振子n＝1模态的本征频率；

1.2)用谐振子本征频率的正弦信号，激励谐振子振动；

1.3)旋转谐振子，找到稳定振动下振幅最大的方位，该方位即为n＝1模态的其中一个固有刚性轴的方位，另一个固有刚性轴的方位与之夹角为90°；