振动陀螺仪概述.ppt
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1、振动陀螺仪 概述,机械陀螺:基于牛顿力学原理,转子陀螺:三浮、静电, 制造工艺复杂、成本高 振动陀螺:,原理:利用高频振动的质量在被基座带动旋转时产生的苛氏加速度 特点:结构简单、体积小、重量轻、可靠性高、承载能力大、性能稳定、成本低 发展: 1940s-50s,美国研制音叉陀螺 1960s 美国压电振动陀螺(通用),1970s后,美国研制壳体谐振陀螺 1980s初,大规模集成电路工艺,研制微型振动陀螺(Sperry,Draper) 精度: 音叉、压电、微机械:精度较低(战术导弹、车辆、坦克、雷达) 壳体谐振陀螺:精度较高,可达惯性级,是光学陀螺仪的竞争者。,音叉振动陀螺 基本原理、结构,基本
2、原理:利用音叉(Sonic Prong)端部的振动质量被基座带动旋转时产生的苛氏效应来敏感角速度 基本结构: 音叉的双臂为弹性臂, 受激振时,音叉双臂作对称弯曲振荡 端部质量作对称直线振动 等幅振荡,相位相反,频率几百至几千赫,振幅百分之几毫米。 音叉下部通过挠性轴与基座相连。,音叉振动陀螺 质点苛氏分析,音叉两端质量各 m / 2 设某瞬间二者的相向速度为 v 距离中心轴线瞬时距离为 s 基座绕中心轴以旋转,苛氏加速度(大小和方向),苛氏惯性力(大小和方向),音叉振动陀螺 简化音叉模型,苛氏惯性力矩(大小和方向),如果两端做相背运动,则相对速度v、苛氏加速度ac、惯性力Fc、力矩T都变为反向
3、 整个音叉可等效成上述简化模型:质量集中于两端(m/2),初始距离s0 质量的振动位移:,振动速度,苛氏惯性力,音叉振动陀螺 动力方程,苛氏惯性力矩,假设音叉对中心轴的转动惯量为 J,阻力系数为 c,扭转刚度为 k,音叉绕中心轴的角位移为,可导出动力学方程,选取n = 0(固有频率)有稳态响应:,角位移由传感器检测,输出电压的幅值,K 输出标度因数 输入、输出为线性关系,微型振动陀螺、压电陀螺,微电子和微机械(Micro-Mechanics)结合的产物,对压电石英晶体光刻和化学蚀刻,压电(Piezoelectricity)原理: 正压电效应:晶体受外力产生形变,表面出现电荷 逆压电效应:给晶体
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