[发明专利]频带自适应抗振陀螺仪

说明书

本发明公开的一种频带自适应抗振陀螺仪，旨在提供一种既能保证陀螺仪在有效带宽范围内的测量精度，又能在较小变形空间内具有良好减振效果，适应恶劣安装振动环境的抗振陀螺仪。本发明通过下述技术方案予以实现：外部隔振器由两个反向对称的支腿减振盘，通过陀螺壳体筒体连接盘固定在两个背靠背支腿减振盘中心孔中，并由制有相同中心孔的下盖板、上盖板固定连接背靠背支腿构成的固定框架组成，每个弹性隔振单元通过台阶限位台阶限位轴端向镙接限位套筒，组成固定上支腿减振盘、下支腿减振盘上，在空间上对称分布的两个背靠背浮动框架，从而构成了外部隔振器悬空固定陀螺仪，输入轴X轴和Y轴与陀螺仪壳体定位面偏转45°的频带自适应抗振陀螺仪。

技术领域

本发明涉及一种广泛使用的微动力调谐陀螺仪，可应用于航空、航天、航海、兵器、汽车、生物医学、环境监控等领域。主要用于电子仪器和机电设备的隔振缓冲技术领域，高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置。 尤其是民用导航领域的微动力调谐陀螺仪，频带自适应抗振陀螺仪。

背景技术

陀螺仪最早是用于航海导航，但随着科学技术的发展，它在航空和航天事业中也得 到广泛的应用。陀螺仪不仅可以作为指示仪表，更重要的是它可以作为自动控制系统中的一 个敏感元件，即可作为信号传感器。根据需要陀螺仪能提供准确的方位、水平、位置、速度 和加速度等信号，以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定 的航线飞行。作为稳定器，陀螺仪能使列车在单轨上行驶，能减小船舶在风浪中的摇摆，能 使安装在飞机或卫星上的照相机相对地面稳定等等。作为精密测试仪器，陀螺仪能够为地面 设施、矿山隧道、地下铁路、石油钻探以及导弹发射井等提供准确的方位基准。由此可见， 陀螺仪的应用范围是相当广泛的。陀螺仪一直是航空、航海和航天上航行姿态及速率等最方 便实用的参考仪表。

微动力调谐陀螺仪主要用于敏感载体两个正交轴向的角速率，输出与之成正比的直 流电压信号。微动力调谐陀螺仪是采用挠性支承和动力调谐的机电式陀螺仪，这种结构即可 将陀螺转子在轴上支持起来，又可使其在切向上高速旋转，还可使其在径向上两个相互垂直 的输入轴自由运动，且几乎不受外界力矩的干扰。微动力调谐陀螺仪的电机通过驱动轴、挠 性轴(挠性接头)驱动转子，使其高速旋转，形成自转轴Z，定义径向上两个互相垂直的输 入轴为陀螺仪X轴和Y轴，当陀螺仪绕其输入轴输入角速率ω时，陀螺壳体面与自转轴Z 形成夹角β,陀螺信号产生器产生一个正比于转角β的电压信号u，经处理后输出正比于电压 的电流I，该电流反馈输入到陀螺力矩器，产生一个正比于电流I的力矩M。根据挠性陀螺 进动方程M＝H·ω(H为陀螺仪角动量)，即建立起ω与I的关系，通过测量电流达到测量角速度ω的目的。陀螺仪采用了挠性支承轴结构，连接内外挠性轴间的多个挠性细颈结构厚 度仅0.07mm左右，灵敏度较高但强度相对较低，抗振性能相对较差。在振动环境下，挠性细颈结构产生永久变形或断裂，使仪表的漂移增大，不能满足精度要求，甚至使仪表损坏失效。

目前主要采用两条途径来提高微动力调谐陀螺的抗振性能，第一是通过改善挠性接头的材料、 结构形式及制造工艺来提高挠性接头的承载能力。第二种方法是通过对仪表进行减振或改善 其本身的振动特性，使陀螺转子的振动加速度降低，减小挠性接头细颈部位所受的应力。在 现有技术水平条件下，大幅调高材料的性能还很困难，很难大幅提高陀螺仪的抗振能力。在 陀螺仪进行4.5g随机振动时，挠性陀螺在不同批次出现受伤和断裂的现象。

1985年，美国Litton公司的Michael Strugach等人设计了一种带动力吸振器的动力调 谐陀螺，并申请了美国专利。这种陀螺仪在限制环的边缘设计了一个动力吸振器，能有效地 将陀螺仪的振动能量吸收，仪表精度不因结构变化而降低，抗振性能有明显提高；但制造难 度加大，工艺性不如原状态，较难适应批生产的要求。