对称解耦硅微陀螺仪结构设计研究

硅微机械陀螺仪的驱动模态和敏感模态间的交叉耦合制约了其性能的提高。设计了一种对称解耦硅微机械陀螺仪,它的驱动机构与检测机构都做线性滑膜阻尼振动且完全解耦,使得驱动和敏感模态之间的耦合小、结构振动平稳性好、品质因数高。该微陀螺仪的驱动与检测支承梁完全相同且对称分布,使得驱动模态和敏感模态的谐振频率受加工误差和温度变化的影响近乎相同,所以频率匹配性好,结构的灵敏度大大提高。实验测试结果表明对称硅微机械陀螺仪的耦合误差得到了有效减小,并且它的驱动和检测谐振频率仅相差6Hz,其品质因数在空气条件下分别为145和117,检测模态的品质因数与采用压膜阻尼振动方式进行检测的硅微机械陀螺仪相比有了显著提高。     

硅微机械谐振式陀螺仪的技术研究

介绍了硅微机械谐振式陀螺仪的工作原理,设计了一种新型微机械谐振式陀螺,并用有限元方法进行了仿真,制造了一批样机,进行了初步的驱动特性实验.结果表明,该微机械谐振陀螺仪实际驱动模态的谐振频率与仿真值的最大误差小于6%,满足设计要求.     

基于六轴陀螺仪的风力摆控制系统

风力摆是进行无人机设计研究的基础,对其深入分析和研究,可为四轴飞行器系统测试方案的确定、测试参数的选用、测试数据的分析等提供借鉴.文章提出的基于六轴陀螺仪的风力摆控制系统主要由控制单元、轴流风机单元、姿态检测单元等构成一个闭环系统.通过控制单元为风机输送PWM波进行初始转速控制的同时,处理MPU6050陀螺仪采集的姿态角数据,对PWM波进行修正,从而调整风机转动实现闭环控制.实验结果表明,该方法可实现精确的摆动控制,且线性度较好.     

三线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统频率特性分析

建立了三线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统的等效电路模型,推导出系统传输功率和传输效率公式,得出了系统在临界耦合状态下获得最大传输功率时的耦合因数关系,给出了耦合因数与频率分裂点之间的关系表达式,分析了系统频率特性。理论分析结果表明:在过耦合状态下,系统发生频率分裂现象,会出现3个频率分裂点;在临界耦合状态和欠耦合状态下,系统只在固有谐振频率处发生谐振;无论有没有发生频率分裂现象,系统均在固有谐振频率处发生谐振,此时系统传输功率达到最大。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

MEMS陀螺仪大失准角解耦测试方法的研究

针对传统陀螺仪测试方法不适用于MEMS陀螺仪测试的现状,分析了MEMS陀螺仪标度因数和输入轴失准角测试特点,在此基础上,提出了一种新的解耦测试方法;同时,设计了解耦测试夹具,并给出了解耦测试试验流程;最后采用MEMS陀螺仪典型试验参数进行了仿真.仿真表明,该方法实现了测试参数的解耦,提高了测量精度,适用于大输人轴失准角的MEMS陀螺仪.     

石英晶体自动测试及分选系统设计

对石英晶体谐振器自动测试及分选技术进行研究,提出了自动分选方案;自动分选系统由参数测试和分选两部分组成,测试系统以IEC推荐的π网络零相位法为基础对石英晶体谐振器的多种电参数进行测试,分选控制系统根据对位置传感器的检测,控制石英晶体自动上料及其在导轨中位置,对石英晶体进行自动测试,根据所测得的电参数以及设置的分选条件对石英晶体进行分选;实验表明,该系统能够实现石英晶体的自动测试分选,频率测试范围达到1MHz~200MHz,串联谐振频率的测试精度达到±2ppm,具有实用性和推广价值。     

基于Mallat算法的动弹性模量测量研究

在混凝土等刚性材料的动弹性模量测量中,针对谐振测试波形的非平稳、瞬态且频率分布广等特点,系统基于DSP平台和Mallat算法,将动弹性模量测量简化到频域角度进行计算。利用Mallat算法的多尺度分析、位移离散化和计算量小等优点,可快速计算出动弹性模量的测试信号功率谱中共振频率。实验验证了Mallat算法对于动弹性模量中的谐振频率检测具有速度快、精确度高的优点。     

激光陀螺捷联惯导系统的误差参数标定方法

为降低激光陀螺捷联惯导系统误差参数标定对高精度转台的要求,在不精确对北和调平的情况下,综合分析北向基准误差、水平基准误差、转台轴正交度误差、角位置误差以及标定时间等诸多因素,考虑对称位置和整周期旋转等编排原则,改进了速率标定方案,标定出陀螺仪的标度因数和安装误差,同时提出了一种十二位置连续转动标定方法,标定出陀螺仪的零偏以及加速度计的误差参数项.实验结果表明,与传统方法相比,标定精度相当,降低了对标定转台的要求,减少了标定时间,有较高的工程应用价值.     

半球谐振子振动特性批量化测试技术

半球谐振子是半球谐振陀螺的核心部件,其振动性能测试贯穿生产加工、调平和装配整个过程,是半球谐振陀螺制造必不可少的环节,特别是对于高精度半球谐振陀螺,其谐振子具备高Q值低频率裂解的特性,需要高效率、批量化的测试手段,以满足半球谐振陀螺批量生产的需求。为解决谐振子批量化测试问题,首先,介绍了半球谐振子的工作原理,仿真分析了谐振子振动特性和表征方法;其次,针对半球谐振陀螺谐振子振动特性测试问题,提出了基于波动特性原理的振动特性测试方法;最后,根据所提出的振动特性的测试方法,设计了单腔室多工位谐振子振动特性批量化测试平台和工艺,采用激光测振仪进行振动信号的采集,完成了谐振子振动特性的检测,极大地提高了测试效率,满足半球谐振陀螺批量生产的要求。     

MEMS谐振陀螺实时自动模态匹配控制技术

为了消除温度对陀螺模态匹配的影响,提出了一种实现微机械谐振陀螺在温度-30～60℃内实时自动模态匹配控制方法。驱动模态和检测模态的谐振频率跟温度成线性关系,两轴的谐振频差与温度也成线性关系,该方法以驱动模态谐振频率作为温度参考而获得两模态谐振频差,根据谐振频差实时调节静电调谐电压,使得检测模态谐振频率与驱动模态谐振频率匹配。实验结果表明:检测谐振频率和驱动谐振频率在温度-30～60℃范围内,匹配误差不超过0. 3 Hz,验证了该方法的可行性、匹配精度,同时证明本文所采用的开环控制方案的有效性。     

一种超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器

设计了一种新的超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器.该传感器将超磁致伸缩材料在磁场中产生的应力应变传递到声表面波谐振器上,改变其谐振频率,通过对谐振频率的检测进行磁场测量.该传感器可以用于静态和动态磁场测量,并且可用作无源、无线磁传感器.主要分析了该结构用于静态磁场测量的原理,给出了实验结果.传感器谐振频率的变化对于静态磁场变化的灵敏度可达132 Hz/Oe,谐振频率测量分辨率在1 Hz时,磁场测量分辨率可达10-7T数量级.     

—种超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器

设计了一种新的超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器．该传感器将超磁致伸缩材料在磁场中产生的应力应变传递到声表面波谐振器上，改变其谐振频率，通过对谐振频率的检测进行磁场测量．该传感器可以用于静态和动态磁场测量，并且可用作无源、无线磁传感器．主要分析了该结构用于静态磁场测量的原理，给出了实验结果．传感器谐振频率的变化对于静态磁场变化的灵敏度可达132Hz／Oe，谐振频率测量分辨率在1Hz时，磁场测量分辨率可达10^-7T数量级．     

精密石英谐振式位移传感器

提出了用石英晶体谐振器构成的超精密位移或压力传感器的原理．由于石英晶体振荡器有超常的精度和稳定性，因而组成的位移或压力传感器也具有极高的精度和线性。还引入双晶振的差频原理，既消除了温度影响，又提高了频率变化范围，提高了测量分辨率。     

Acceleration drift mechanism analysis and compensation for hemispherical resonant gyro based on dynamics

This paper proposes a procedure to analyze the mechanism of the hemispherical resonator gyro (HRG) drift caused by the acceleration. It is suggested that the deformation of the resonator due to acceleration results in the drift of HRG. The analytical solution to the dynamic model of the resonator is obtained using the Bubnov-Galerkin method. Compared with the numerical solution of finite element simulation, the analytical solution of dynamic modeling is verified to be available. In addition, the relationship between the deformation of the resonator and the HRG drift is established by the harmonic analysis. The HRG drift is approximately linearly increased with the increase of the magnitude of acceleration, and periodically varied with the increase of the phase of acceleration. A drift compensation model is built based on the HRG drift mechanism. The effectiveness of the proposed compensation method is validated through the position tumble experiment using the three-axis turntable. By compensating for the HRG drift, the HRG drift is reduced to one-sixth of its original size, which improves the output precision of the HRG.

     

基于数字工业摄像的非接触扭矩传感测量研究

提出一种基于工业数字摄像的扭矩测量方法,通过CCD工业相机采集轴表面应变前后的图像信号,并对两图像信号进行二维的相关计算和基于梯度法的亚像素位移计算,得到轴表面的应变位移量,进而计算出扭矩。设计了与电阻应变法测扭矩的对比实验,并进行了误差分析。实验结果表明：数字工业摄像的扭矩测量系统精度高,并且系统结构简单,能够适用于轴面微小形变位移的测量。     

Computational study of an incident shock wave into a Helmholtz resonator

The behavior of an incident shock wave into a Helmholtz resonator is very important from the acoustical point of view as well as the fundamental researches of shock wave dynamics. When a shock wave propagates into a Helmholtz resonator, complicated wave phenomena are formed both inside and outside the resonator. Shock wave reflections, shock wave focusing phenomena, and shock–vortex interactions cause strong pressure fluctuations inside the resonator, consequently leading to powerful sound emission. The wave phenomena inside the resonator are influenced by detailed configuration of the resonator. It is well known that the gas inside the resonator strongly oscillates at a resonance frequency, as the incident wavelength is larger, compared with the geometrical length scale of the resonator, but there are only a few works regarding a shock wave that has an extremely short wavelength. Meanwhile, the discharge process of the incident shock wave from the resonator is another interest with regard to an impulse wave generation that is a source of serious noise and vibration problems of the resonator. In the present study, the wave phenomena inside and outside the Helmholtz resonator are, in detail, investigated with a help of a computational fluid dynamics method. The incident shock Mach number is varied below 2.0, and many different types of the resonators are explored to investigate the influence of the resonator geometry on the wave phenomena. A total variation diminishing (TVD) scheme is employed to solve two-dimensional, unsteady, compressible Euler equations. The computational results are compared with existing experimental data to ensure that the present computations are valid to predict the resonator wave phenomena. Based upon the results obtained, the shock wave focusing and discharge processes, which are important in determining the resonator flow characteristics, are discussed in detail.     

基于AR多变量模型的半球谐振陀螺温度漂移建模

在半球谐振陀螺工作过程中,环境温度的变化是不可避免的.温度的变化影响陀螺的结构和谐振频率,导致陀螺产生温度漂移,为了提高半球谐振陀螺的精度,根据温度漂移和温度变化的相关性,本文利用时间序列中的AR多变量模型对温度漂移数据进行分析,建立了漂移和温度的两个变量的随机数学模型,为温度补偿打下了基础.     

温度效应造成的半球谐振陀螺振幅和测角误差因素分析

在半球谐振陀螺工作的过程中,环境温度的变化是不可避免的。温度的变化影响谐振子尺寸变化,导致陀螺产生热漂移。根据振幅检测原理,推导温度效应误差的数学表达式,分析它对测量结果的影响,这对选择合适的补偿算法以消除温度效应误差有一定的指导意义。     

Both transversal negative permeability and backward‐wave propagation in X‐Band waveguide with double‐side SRR metamaterials

In this article X‐band rectangular waveguides partially filled with the double‐side single ring resonator (DSRR) array are investigated for miniaturization, stop‐band, and multi‐band filters applications. Several rectangular waveguides loaded with the DSRR array in 2–10 GHz frequency band have been studied and optimized. We observe both the transversal negative permeability presented above the cutoff frequency and the backward‐wave located below the cutoff frequency with the DSRR array in X‐band waveguide. Both simulation and measurement results of DSRR array are with good agreement. The DSRR array provides better performance of the transversal negative permeability and the backward‐wave than the split‐ring resonator array. The physical explanation of backward‐wave is presented. The power loss distributions are clearly presented for the negative permeability attenuation and the backward‐wave propagation. © 2016 Wiley Periodicals, Inc. Int J RF and Microwave CAE 26:240–246, 2016.     

Fe-Ga磁致伸缩位移传感器驱动电流位置调整与回波速度校正

通过对传统Fe￣Ga磁致伸缩位移传感器驱动脉冲电流输入端位置的改进,降低了驱动脉冲电流噪声对检测线圈输出电压的影响,并使检测线圈输出电压信噪比由15.5 dB提高至23.7 dB。基于应力波无阻尼反射原理提出一种新的回波速度校正法,确立了回波速度与波导丝长度、应力波传播时间、反射波传播时间的数学关系,并给出此表达式适用的驱动脉冲电流频率范围。制作了样机,通过实验验证了此方法最大位移测量误差减小到原来的1/5,为Fe￣Ga磁致伸缩位移传感器输出性能研究提供了理论依据。