[发明专利]一种新型钟形振子式角速率陀螺

说明书

技术领域

本发明属于角速率陀螺技术领域，具体涉及一种新型钟形振子式角速率陀螺。

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。目前，最为广泛的振动陀螺按照结构划分，包括：壳体振动陀螺（Shell Vibratory Gyro）、环形振动陀螺（Ring Vibratory Gyro）、盘式振动陀螺（Disk Vibratory Gyro）和梁式振动陀螺（Beam Vibratory Gyro）。

这些陀螺均是利用哥氏效应，通过敏感驻波振型的进动，来检测输入角速率。结构上的差异，导致其优缺点明显，其中，环形振动陀螺由于其支撑结构设计较为复杂，且驻波振动的轴向难于控制，容易引入垂直轴向上的误差，这种结构的陀螺精度较低，目前广泛应用在MEMS陀螺中，依靠微机械加工，保证支撑结构与振动环的平衡，但其抗冲击能力差；盘式振动陀螺，抗冲击能力差，盘的平面度难于保证，发展遇到了瓶颈，现已转向微机械阶段，通过对盘的刻蚀，向环形振动陀螺靠拢；梁式振动陀螺主要有音叉和振梁型，抗冲击能力差，精度较低，也广泛应用在MEMS陀螺；壳体振动陀螺，是振动陀螺中精度最高的，以半球谐振陀螺、圆柱形振动陀螺为代表，已广泛应用于各个领域，但现有的陀螺都存在抗冲击能力差、成本高昂、制作复杂，无法满足高冲击、中低精度角速率测量领域的应用，虽然圆柱形振动陀螺采用了压电激励、压电检测的方法，但受结构本身制约，品质因数较低，抗冲击能力差。

授权号为：ZL201010215745.1，发明名称为：钟形振子式角速率陀螺的专利，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，采用静电激励、电容检测，其激励电极安装在振子壳外罩上，增加了加工和安装的难度。由于材料本身限制，不能承受较高过载，且成本相对于本发明的钟形振子式角速率陀螺成本较高。授权号为：ZL201110117526.4，发明名称为：钟形振子式角速率陀螺振子结构设计方法的专利，提供了一种钟形振子式角速率陀螺的结构设计方法，但在具体描述中所使用的振子为类似圆杯形的钟形振子，没有进行多曲面的融合，其品质因数较低。对于目前现有的壳体振动陀螺而言，均为单一曲面结构，其振子壁为半球结构或圆柱结构，没有曲率变化。而钟形振子式角速率陀螺率先采用了边缘曲线化的思想，提高了振动稳定性。然而，具体的曲线结构采用的是自然弯曲，没有进行精确的分析。对于品质因子的提高有一定的限制。在信号处理方面，传统的钟形陀螺、半球谐振陀螺均采用静电激励、电容检测的方式，其振型的控制也利用电容检测到的振型进行反馈控制，这样导致整体系统带宽降低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有陀螺的抗高过载能力差、品质因数低、加工工艺要求严格、成本高昂等缺陷，提供了一种新型具有变厚度轴对称多曲面融合结构特征的钟形结构振子作为敏感元件的角速率陀螺，即：一种新型钟形振子式角速率陀螺。钟形振子式角速率陀螺一种利用钟形振子壳体上驻波的进动效应，来检测输入角速率的固体波动陀螺。其核心器件为一个类似于毫米级中国传统大钟的钟形振子，通过振子壁上的激励和检测电极，来控制振子振型从而产生特定驻波，并提取驻波的进动来检测输入角速度。其不仅具有传统固体振动陀螺低成本、低功耗、长寿命、高灵敏度的优点外，而且还具有结构简单、抗冲击能力强的特点，能够更好的应用在中低精度角速率测量领域。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种新型钟形振子式角速率陀螺，包括钟形振子、振子固定轴、振子底座、气密罩、外壳、电路系统。其中，钟形振子具有变厚度轴对称多曲面融合结构，包括：钟肩，具有半球壳结构；钟腰，具有圆柱壳结构；钟唇，