振动陀螺幻灯片.ppt

Vibratory Gyro
振动陀螺
1
Lecture 15 -- Vibratory Gyro
Outline
振动陀螺概述
音叉陀螺
MEMS 陀螺
半球谐振陀螺
2
Lecture 15 -- Vibratory Gyro
振动陀螺: 概述
机械陀螺---- 基于牛顿运动定律
转子陀螺---- 液浮,静电
---- 结构复杂、昂贵
振动陀螺:
原理---- 利用振动的质量随着基座旋转时产生的苛氏加速度
特点--- 简单, 轻小, 可靠, 便宜
3
Lecture 15 -- Vibratory Gyro
振动陀螺: 发展历程
Development:
1940s-50s --- 美国研制音叉陀螺
1960s --- 通用汽车研制压电陀螺.
1970s后期--- Delco 公司研制半球谐振陀螺
1980s早期--- Draper 和 Sperry 研制 MEMS 陀螺
精度:
音叉, 压电, MEMS:
---- 精度较低(战术武器, 车辆, 坦克, 雷达)
半球谐振陀螺(HRG):
---- 较高精度, 达到惯性级, 光纤陀螺的竞争者.
4
Lecture 15 -- Vibratory Gyro
Outline
振动陀螺概述
音叉陀螺
MEMS 陀螺
半球谐振陀螺
5
Lecture 15 -- Vibratory Gyro
音叉陀螺: 结构
原理:
振动的端部质量和基座的转动耦合产生的苛氏效应
结构:
U 型的弹性臂.
音叉
挠性轴
阻尼器
基座
受到激励后,两臂做对称振动,导致两个端部质量做对称的线振动
几百或几千 Hz, 幅值相同(几百 mm)相位相反
音叉底部与基座挠性连接
6
Lecture 15 -- Vibratory Gyro
音叉陀螺: 假设
假设每个端部质量= m/2
某个时刻,两个端部质量以速度 v 相向运动
每个质量距离中心轴的瞬时距离为 s
基座绕中心轴以角速度ω旋转
7
Lecture 15 -- Vibratory Gyro
音叉的苛氏分析
音叉模型的简化---- 质量集中在两个端部(m/2), 到中心轴的初始距离为 s0 .
端部质量的振动位移
振动的速度
苛氏加速度
苛氏惯性力
9
Lecture 15 -- Vibratory Gyro
动态方程
苛氏惯性力矩
角位移--------------θ
假设,绕着中心轴
转动惯量----------- J
阻尼比-------------- c
扭转刚-- ------------ k
则绕中心轴转动的动态方程可以写成:
10
Lecture 15 -- Vibratory Gyro