半球谐振陀螺现状及发展趋势

半球谐振陀螺仪是一种高精度、高可靠和长寿命的新型固态陀螺仪,它具有一系列独特的优点,且是目前唯一达到惯性级性能的振动陀螺,受到惯性技术界的极大关注。该文在分析了国内外有关半球谐振陀螺报道的基础上,对半球谐振陀螺的发展历程,国内外研究情况、现状等进行了综合报道和评述,并对半球谐振陀螺的发展前景进行了展望。     

半球谐振陀螺快速启动技术研究

半球谐振陀螺是一种新型振动陀螺仪,在装备领域有着广泛的应用前景。制造误差、干扰源及工作环境的变化影响了半球谐振陀螺的快速启动性能。该文分析了半球谐振陀螺输出的影响因素,讨论了谐振子品质因数(Q)值特性、装配、温度及信号干扰对快速启动性能的影响,并针对敏感器制造和信号处理进行了优化改进。结果表明,优化改进后的半球谐振陀螺可在通电3 min内达到稳定,相比改进前的大于1 h有显著提升。     

半球谐振陀螺静态误差分析与补偿

半球谐振陀螺由于特有的优势而具有广阔的应用前景,但由于加工工艺和研究水平的限制,其测量精度有待提高,该文针对半球谐振陀螺的静态误差,分析了加速度对半球谐振陀螺的影响,选取了静态误差补偿模型,设计了标定实验中的方位定向,推导了个误差系数的计算公式,最后通过实验表明了标定补偿的有效性,使陀螺的输出系统误差减小了1个数量级。     

半球谐振陀螺敏感器传输特性分析

对半球谐振陀螺敏感器电极间的电磁信号传输特性进行了测试和分析,结果表明,敏感器内部驱动电极和读出电极具有较强的信号直接传输现象。这种现象和敏感器内部结构、工艺有关,对半球谐振陀螺控制系统有不利影响。     

半球谐振陀螺在宇宙飞船上的应用

半球谐振陀螺（ＨＲＧ）作为一种惯性级陀螺经历了曲折的发展历程。９０ 年代初,美国Ｄｅｌｃｏ 公司的ＨＲＧ已达到实用水平并已小批量生产。１９９４ 年５ 月,世界上最大的惯性系统制造商之一的利顿公司宣布收购Ｄｅｌｃｏ 公司,在中国研究者心目中打了一个很大的问号。当人们还在猜测这次兼并的内幕的时候,ＨＲＧ已贴上利顿公司的标签,登上了航天应用的舞台。可见,ＨＲＧ具有很强的生命力,可用于航空惯导系统、兵器惯导系统,更是空间任务的最佳选择。文章简述了ＨＲＧ的国内外发展状况和应用前景,对发展ＨＲＧ的目标、技术关键和途径提出了粗浅的看法。     

半球谐振陀螺力反馈模式下信号处理方法分析

半球谐振陀螺是一种全固态振动陀螺,力反馈工作模式是其普遍采用的工作模式,而力反馈模式下其信号解调方法对白噪声的敏感度将决定其随机漂移指标。该文就力反馈模式下半球谐振陀螺的信号处理方法对白噪声的敏感度进行了研究,推导了4种信号处理方法(峰值采样解调、开关积分解调、全相位快速傅里叶变换(FFT)解调和相干解调)的计算公式,并采用monte-carlo方法仿真了在白噪声背景下的4种解调方法的性能。结果表明,全相位FFT解调法在不同信号强度下对白噪声均最不敏感,为半球谐振陀螺的信号处理与闭环控制设计提供了理论依据。     

半球谐振陀螺总剂量辐照效应性能研究

半球谐振陀螺是一种高可靠的哥氏振动陀螺,在宇航领域有广泛的应用前景。该文研究了在空间辐照环境下总剂量辐照效应对半球谐振陀螺性能的影响,分析了总剂量辐照效应对半球谐振陀螺不同功能模块的影响,包括陀螺敏感头、信号检测电路及控制电路,并进行了总剂量辐照试验验证。结果表明,100 krad(Si)的总剂量辐照对半球谐振陀螺的性能无明显影响,半球谐振陀螺的抗辐照能力能够满足高轨道航天器的应用需要。     

基于自校准技术的半球谐振陀螺正交误差的辨识补偿

在静电刚度校正技术的基础上,结合自校准算法,该文提出了一种实时辨识补偿正交误差的理论模型,并在两件套平面电极的半球谐振陀螺上进行了理论仿真和实验验证。结果表明,该方法不仅适用于半球谐振陀螺的力平衡和全角两种工作模式,还适用于虚拟进动的情况。此外,该文提出的补偿方法不会影响正交环路的控制精度,且对陀螺检测和驱动电路的增益和相位误差不敏感。     

基于HNA溶液腐蚀的微半球谐振陀螺研究进展

基于微电子机械系统(MEMS)加工技术的微半球谐振陀螺在吸收了传统半球陀螺全角测量优势的同时具有体积小,质量轻,成本低以及适合批量化生产的特点。在使用牺牲层法来制备微半球壳层结构的过程中,如何在单晶硅上制作一个表面光滑的、结构整体对称性高的半球型模具对于半球谐振子的性能有决定性的影响。在HNA(氢氟酸、硝酸、醋酸)各向同性腐蚀液制作微半球谐振子模具的原理基础上,介绍基于HNA溶液各向同性腐蚀的微半球谐振陀螺研究进展,指出了各向同性腐蚀工艺目前所面临的主要技术问题,并对此提出了一些可能的解决途径。     

半球谐振陀螺静电驱动建模与分析

该文构建了半球谐振陀螺(HRG)谐振子的静电驱动模型,对半球谐振子的1/2倍、1倍、2倍和更高阶频率电压信号的静电驱动力进行了理论推导分析。结果表明,该文得到的半球谐振子仅对其1/2倍、1倍及2倍谐振频率敏感,对其他频率信号不敏感。并推导出施加不同方式驱动电压信号力的大小,为半球谐振陀螺的驱动和闭环电路设计提供了依据。     

基于平板电极的半球谐振陀螺全角技术研究

全角模式下的半球谐振陀螺是速率积分陀螺,具有测量范围宽、带宽高和精度高等特点。该文对由谐振子和平板电极组成的两件套半球谐振陀螺的全角模式进行了研究,介绍了全角模式振型控制与信号解算方法;通过FPGA+DSP的构架,实现了全角模式半球谐振陀螺振型控制,并解算了驻波方位角。实验数据证实,研制的两件套半球谐振陀螺样机能够实现速率积分陀螺的功能,测量范围达±400 (°)/s,陀螺最大系统漂移20 (°)/h。相对于力平衡模式半球谐振陀螺,其拓宽了半球谐振陀螺的测量范围,为进一步提升全角半球谐振陀螺的精度奠定了基础。     

石英半球型微谐振器的仿真与加工

该文对石英半球型微谐振器进行了模态仿真,分析了前十阶振型及适合陀螺工作的模态,讨论了谐振器壁厚变化对四波腹模态谐振频率的影响。利用吹玻璃法和湿法腐蚀制作了石英半球型微谐振器,跟踪不同的腐蚀速率得出湿法腐蚀可精确控制壁厚的结论。测试腐蚀后的谐振器表面粗糙度仅为0.581nm,保留了原子级别的光滑度。     

微谐振陀螺仪从半球到平面的演变

微谐振陀螺仪是一种固体波动陀螺,常采用微纳制造工艺进行加工,具有小体积、高性能、低功耗、批量化等特点。自1975年世界上第一个半球谐振陀螺诞生以来,微谐振陀螺的谐振子拓扑结构经历了三维结构到二维结构的演变。文章以拓扑结构的发展脉络为主线,对微谐振陀螺的发展过程进行了梳理和总结,最后对目前存在的问题进行了分析,对未来的发展进行了展望。     

半球陀螺金属化膜层的均匀性模拟分析

该文将光学模拟技术与镀膜工艺结合,采用光线追踪程序来模拟溅射粒子在振子表面膜层的分布状态。通过模拟和相关实验验证,当设备相对角度β=10°、φ=60°时,振子表面膜层的均匀性最高,模拟值与实际测试值匹配度较好,误差在7%以内。     

基于分次吹制工艺的微半球陀螺制作

提出了一种微半球谐振子分次吹制工艺新方法,通过增加第二次旋转吹制的方式,以补偿第一次吹制过程中由于温度场不均匀性造成的谐振子对称度误差。设计了微半球陀螺整体工艺方案,并制作了硼硅酸玻璃材质的微半球谐振子及陀螺样品,测试结果表明,分次吹制后的谐振子频差由单次吹制的30～60 Hz降至10 Hz以内。经与力平衡控制电路联调,陀螺零偏不稳定性为8.2 (°)/h。     

重力场对半球谐振陀螺性能的影响

半球谐振陀螺是唯一能达到惯导级精度的振动陀螺,其谐振子振动状态可能受外界环境条件影响而发生改变,使陀螺信号输出不稳定。为研究半球谐振陀螺对不同方向重力场的敏感性,分析了重力场引起半球谐振陀螺信号输出改变的机理,使用有限元法（FEM）对谐振子进行了结构刚度及锚点损耗两个维度的动力学仿真分析,并开展相应测试验证分析结论。结果表明,不同方向的重力场对半球谐振陀螺的性能无明显影响。     

MEMS半球谐振陀螺的角速度积分及其FPGA设计

微电子机械系统(MEMS)半球谐振陀螺是MEMS微陀螺领域的研究热点,能工作在角速度积分模式下,具有体积小、质量轻、功耗低、成本低、对称性高、Q值高,以及精度高等优点.文章给出了一种微型半球谐振陀螺的结构,研究了其工作原理以及检测方法,设计了一种数字式MEMS半球谐振陀螺仪的角速度积分工作模式方案及其FPGA实现方法,以完成目前MEMS半球谐振陀螺的角速度积分模式的控制与检测工作.     

BP神经网络在半球谐振陀螺仪零偏温度补偿中的应用

半球谐振陀螺仪(HRG)的核心部件(半球谐振子)容易受到温度变化的影响,从而导致陀螺仪输出产生漂移,很大程度上限制了半球谐振陀螺仪精度的提升,因此需要对陀螺仪零偏进行补偿.首先结合半球谐振陀螺仪的工作原理对其零偏漂移产生的机理进行分析,利用最小二乘法和反向传播(BP)神经网络建立了半球谐振陀螺仪零偏漂移模型,同时利用建...     

开环位置激励半球谐振陀螺仪工作原理与误差分析

为了研究半球谐振陀螺仪的工作原理,首先推导了谐振子上振动波腹方位角的表达式,然后建立了振动位移和速度的状态方程,进而求出了状态方程的精确解析解,给出了在角速率输入和存在密度分布不均匀缺陷时的波腹方位角的稳态解和角速率解算误差.最后在开环位置激励下,给出了为保证半球谐振陀螺角速率估计精度的密度四次谐波的取值范围.     

基于工程应用的半球谐振陀螺结构设计研究

半球谐振陀螺仪(HRG)是极具发展前景的新型固态波陀螺仪,其发展的关键是如何设计制造出精致可靠的陀螺结构部件.该文以工程应用中成熟半球陀螺半径尺寸为例,对谐振子部件几何尺寸中壁厚和轴柄半径的设计从抗模态干扰方面提出优化建议,并首次将抗冲击过载能力纳入优化设计考量因素中,通过COMSOL软件仿真得出壁厚和轴柄半径取值范围...