[发明专利]基于扫描激光测振的谐振子1～3次谐波辨识装置及方法

说明书

本发明提供一种基于扫描激光测振的谐振子1～3次谐波辨识装置及方法，装置包括转台、叉指电极、锥面反射镜和激光测振仪，叉指电极固定安装，谐振子竖向设置在转台上，叉指电极与谐振子的唇沿相配合，向谐振子施加振动激励信号；锥面反射镜和谐振子同轴设置，且锥面反射镜的反射面环绕谐振子的被测端外表面设置；激光测振仪的检测端朝向锥面反射镜和谐振子，用于向谐振子的被测端端面施加扫描激光、并根据谐振子的被测端端面的反馈激光检测谐振子的2次谐波误差，还用于通过锥面反射镜向谐振子的被测端柱面垂直施加扫描激光、并根据锥面反射镜返回的反馈激光检测谐振子的1次谐波误差和3次谐波误差。本发明对谐振子无接触测试，且测试误差小。

技术领域

本发明涉及半球谐振陀螺技术领域，更具体地，涉及一种基于扫描激光测振的谐振子1～3次谐波辨识装置及方法。

背景技术

谐振子是半球谐振陀螺的惯性质量部分，用于产生陀螺效应，决定了半球谐振陀螺的主要振动特性。谐振子结构形式为“Ψ”型轴对称结构，由内外半球面及中心支撑杆组成，下支撑杆为固定约束面；采用熔融石英玻璃加工成型，内外球面抛光处理，并保证其趋于完美的对称性，半球谐振陀螺要求谐振子工作在n=2（环向波数）时的振型，其特征是球壳做四波腹四波节弹性振动，支撑杆保持相对静止，呈现一个驻波的状态。

由于半球谐振子在加工过程中不可避免存在工艺误差，因而实际制作成型的半球谐振子不可能是理想的轴对称形状。这些误差以谐振子的环向刚度不均匀、密度不均匀、环向形位尺寸不均匀等形式体现出来。将谐振子的壁厚误差按各次谐波分量展开，可以得到谐振子的几种壁厚类型。其中一次谐波误差壁厚近似偏心圆，二次谐波误差壁厚近似椭圆，三次谐波误差壁厚近似三棱圆，四次谐波误差壁厚近似四棱圆。1～4次谐波影响谐振子的频率裂解、支撑损耗及振动环境下陀螺仪的输出特性，尤其是1~3次谐波，是需要进行辨识与修调的。

目前，现有技术相关文献资料中涉及的1～3次谐波的辨识方法主要有两种：一种是基于接触型的压电方法进行测振辨识的，对于微弱振动的检测，接触测量会影响本征的振动，带来测试误差；另一种是利用单点的激光测振仪进行振动的检测，操作步骤较复杂，且不能对支撑杆的整体振动行为进行测试，影响测试结果准确性。

因此，有必要设计一种测试误差更小的测试装置及测试方法，以解决现有技术的测试步骤复杂、精度不高的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于扫描激光测振的谐振子1～3次谐波辨识装置及方法，其对被测谐振子进行无接触测试，测试步骤简单、测试误差小、精度高。

根据本发明的第一方面，提供了一种基于扫描激光测振的谐振子1～3次谐波辨识装置，包括转台、叉指电极、锥面反射镜和激光测振仪，所述叉指电极固定安装，被测的谐振子竖向设置在所述转台上，所述叉指电极与所述谐振子的唇沿相配合，用于向谐振子施加振动激励信号；所述锥面反射镜和谐振子同轴设置，且所述锥面反射镜的反射面环绕谐振子的被测端外表面设置；所述激光测振仪的检测端朝向所述锥面反射镜和谐振子，用于向谐振子的被测端端面施加扫描激光、并根据所述谐振子的被测端端面返回的反馈激光检测谐振子的2次谐波误差，还用于通过所述锥面反射镜向谐振子的被测端柱面垂直施加扫描激光、并根据所述锥面反射镜返回的反馈激光检测谐振子的1次谐波误差和3次谐波误差。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

可选的，所述谐振子包括同轴设置的半球罩与支撑杆，所述支撑杆贯穿所述半球罩并与半球罩一体式连接，所述支撑杆竖向设置，所述支撑杆的上端作为谐振子的被测端，所述半球罩的唇沿朝下设置，所述叉指电极通过电极座固定设置在所述半球罩的唇沿下方。

可选的，所述锥面反射镜的反射面与谐振子的轴线之间夹角为45°。

可选的，该装置还包括三维可调平台和反射镜支架，所述反射镜支架固定安装在三维可调平台上，所述反射镜支架用于安装所述锥面反射镜。