压电型振动陀螺仪—压电陀螺

最近,人们把压电振动陀螺仪简称为“压电陀螺”或“超声波陀螺”.当给振动着的物体施加旋转角速度时,在与其振动方向成直角的方向上产生哥氏力,压电陀螺就是利用这一力学现象,并将其作为角度传感器来使用的.人们还把这一原理用于音叉、音片和吊钟等弹性振动体,进行了大量的开发研究,但没有提供广泛的应用.压电陀螺,没有传统的机械转子速率陀螺的轴承磨损,所以,寿命长、而且起动时间短、耗电少、廉价,可达到中等精度的性能.因此已在无人搬运车、港湾浪高检测、     

压电振动微机械陀螺研究

本文介绍了一种新型的压电振动微机械陀螺，与其它大多数压电陀螺不同，它不需要弹性元件，由压电材料本身构成振子完成陀螺功能，由ＰＺＴ薄膜材料做成的平板沿厚度方向极化并受电激励产生厚度伸缩振动，当一输入角速度作用于振子，根据哥氏效应，则在极化轴和输入角速度轴组成的闰面垂直方向上产生一正比于输入的速度大小的感应电压，它是一种双轴陀螺，本文给出了它的物理模型，并用ＰＺＴ陶瓷晶体做了宏观模拟实验，实验结果与理     

哥氏振动陀螺脱颖而出

哥氏振动陀螺是一种无转子陀螺,它用振动元件取代了传统陀螺的机械转子,用微幅振动取代了高速旋转,因而具有寿命长、可靠性高、体积小、重量轻、精度高等突出特点,是一种新型的极有发展潜力的惯性仪表。哥氏振动陀螺代表一种重要的惯性技术,它不仅具有所有的惯性品质,而且在众多的陀螺中只有它能够实现微型化。哥氏振动陀螺主要包括压电振动陀螺半球谐振陀螺和微机械振动陀螺。随着科学技术的发     

基于粒子群-BP神经网络的陀螺温漂建模

针对哥氏振动陀螺的温漂问题,本文采用基于粒子群的BP神经网络算法对压电振动陀螺的温度漂移现象进行建模,并在算法中加入高斯噪声干扰;相对于传统的单BP神经网络算法,含有噪声的粒子群—BP神经网络算法,在精度和收敛速度两个方面有了较大提高,所构建的温漂模型具有更好的非线性描述能力,从而能为哥氏振动陀螺提供了更高精度的零电位误差补偿.     

石英微机电陀螺的频率干扰特性研究

石英微机电陀螺是一种哥氏（Coriolis）振动陀螺,其敏感芯片采用音叉式结构,工作时音叉处于谐振状态。敏感芯片具有多阶模态,前9阶模态覆盖频率为3~21 kHz。敏感芯片的部分模态易受外部振动影响而导致敏感芯片产生共振,使陀螺产生零位偏移误差,陀螺的零位偏移误差可达0.5 （°）/s。该文分析了敏感芯片模态共振误差机理,提出通过结构错频设计避免外部环境特定频率对敏感芯片的影响,从而抑制了零位偏移误差,零位偏移误差减小到约0.03 (°)/s,提高了陀螺的振动环境适应性。     

压电音叉

压电音叉作为YK-10-31型远动装置中的一个关键元件,用来组成音叉振荡器及音叉滤波器。它与电磁耦合音叉、LC振荡器、RC振荡器等稳频元件比较起来具有如下优点:结构简单、体积小、频率温度系数低(可达10×10~(-8))、品质因数大、通频带窄、介入损耗小、寿命长等。现就我们在研制YK-10-31型远动装置时,有关压电音叉的一些资料叙述如下,以供参考。一、压电音叉的构造、原理和计算压电音叉是用镍铬钛合金作为振子,     

高性能音叉结构MEMS陀螺的抗冲击设计

MEMS音叉陀螺存在很多振动模态,分析发现,其在驱动方向上受到冲击时的振动形式与工作在驱动模态的振动形式是不同的。通过改进悬挂梁的尺寸结构,提高了冲击振动模态谐振频率以增强陀螺的抗冲击性,同时保持驱动模态谐振频率不超过20 kHz,保证了陀螺的性能。采用SOG工艺制备了所设计的MEMS音叉陀螺,经过测试,该陀螺驱动模态的品质因数为5 734,检测模态的品质因数超过了430 000,具备实现高精度角速度检测的能力。在重锤上对制备的陀螺进行了抗冲击测试,测试表明该陀螺在驱动方向上的抗冲击性能达到了23 000 g,能够满足惯性导航对器件的苛刻要求。     

半球谐振器陀螺

所有的振动陀螺都基于如下原理:陀螺旋转产生的哥氏力引起陀螺的两个振动模型间的能量传递.按照两个模型是相同类型或不同类型,振动陀螺自然地分为两类.例如,在音叉陀螺中,两个模型是不同的.一个由音叉的弯曲振动组成,另一个是绕扭柄的扭转振动.通常,依据两个不同模型的陀螺因其模型固有频率的温度敏感性不同,具有大的温度敏感性.因此,惯性级的陀螺应探索相同类型的振动模式.利用相似模型的振动陀螺包括振弦、振动矩形梁、振动圆管和半球谐振器陀螺.     

石英微机械陀螺敏感芯片的结构解耦特性研究

石英微机械陀螺敏感芯片通常采用双端音叉结构,驱动音叉和检测音叉的振动耦合误差是其主要误差源。对双端音叉结构陀螺敏感芯片进行了结构解耦设计仿真,分析了芯片安装区对检测音叉振动特性的影响。通过解耦设计,减小了零偏误差信号,提高了陀螺敏感芯片的稳定性。     

国外简讯

优于激光陀螺的传感器 据美国《航空周刊》杂志1992年6月15日报道,杭尼韦尔公司和BEI电子公司正在研制一种以石英晶体技术为基础的新型惯性传感器,准备用于小型、低成本惯性测量装置。据该公司声称,这种新的传感器装置要比激光传感器或光纤传感器体积小、成本低和结构简单。它主要用于战术制导、控制系统和导航装置。该传感器装置的关键元件是一个不带旋转部件的小型石英速率传感器。它是由晶体石英经过光刻化学腐蚀加工而成。运动敏感元件的原理基础是现代用的石英数字钟。由一个互补传感器—振动音叉来敏感角速率或速度,进而驱动第二个音叉产生输出信号。两个音叉件是由压电晶体片制成,第一个音叉由—振荡器驱动,使之以高频振荡,任何外来的角运动都会影响它的振荡,使音叉向前弯,互相分离,从而产生一个力矩,正比于原来敏感的运动。     

压电式微固体模态陀螺谐振频率自动跟踪电路

压电式微固体模态陀螺振子通过交变电压激振、传感电极感应出电荷。当激励电压频率为某阶振动模态谐振频率时,感应电荷达到最大值。设计了谐振频率自动跟踪电路,使陀螺稳定工作在谐振模态。使用现场可编程门阵列(FPGA)控制直接数字频率合成器(DDS)产生频率精确可调的激励电压,驱动陀螺振子振动。检测谐振点对应的激励电压和感应信号间的相位差,作为反馈信号调节激励电压频率。实验结果表明,当相位差锁定区域处在98.48°~100.27°时,振子感应电极输出信号最大,振子处于谐振状态,实现了振子谐振频率的跟踪锁定。该系统可用于以谐振器为核心器件的振子工作模态锁定与跟踪。     

振动片型和表面波型超声波电机

利用超声波技术的超声波清洗装置、超声波加工机和超声波焊机等早已实用.在这些装置中使用的超声波振子,由于压电陶瓷和后来的铁氧体磁致伸缩材料的出现,已变得小型和高性能化.作者为了把这种磁致伸缩和电致伸缩振子发出的强有力的超声波振动能量用于驱动电机,从而制成一种与原来利用电磁感应的电机结构完全不同的电机而进行了     

压电音叉式电荷斩波器及应用

利用压电晶体的“压电效应”制作的电荷斩波器,具有体积小、重量轻、结构简单、安装方便和使用寿命长等优点,是电荷调制的理想器件。本文介绍的电荷斩波器实质上是采用压电陶瓷材料作换能器,利用压电技术制作的用于电荷斩波的压电音叉,实际上它又是利用机电换能器激励和拾取叉状振子固有机械振动的谐振器。就压电音叉而言,作为频率振荡元件和频率选频元件广泛地应用于工业控制、通信设备等领域中。随着科学技术的迅速发展,如何提高获取信息和处理信息的技术水平已成了一个很重要的研究课题,因此在信号检测和处理技术中,那些特殊形状的压电音叉就相继诞生了。近几年来,特别是在光电系统中得到广泛的应用。而作为电荷调制用的压     

自由振动压电振子的一种复参数等效电路

将复数概念引入到等效电路元件参数中,并以自由振动压电振子的一种常用振动模——纵向长度伸缩振动模为例,给出了一种复参数等效电路,并推导了等效电路参数与压电材料参数之间相互关系。等效电路元件参数的虚部表示压电振子机械、介电、及压电损耗。给出了由复参数等效电路模型作出的阻抗圆图与由振动理论给出的阻抗圆图以及由传统模型所作出的阻抗圆图。结果表明,新的复参数模型优于传统模型,是一种精确的等效电路。     

双弯曲驻波压电振子的振动及其相位关系研究

对驻波驱动型双弯曲压电振子基板与凸起之间的振动及其相位关系进行了解析推导 ,从理论上说明了双弯曲压电振子在单一信号激励下能够生成椭圆运动并形成驱动能力。为这种振子的进一步开发应用奠定了理论基础     

《压电与声光》1993年第15卷总目次

声表面波技术 期 页 振动惯性技术及其应用 3 1620信道声表面波滤波器组初探 11 一种高性能压电振动陀螺与应用 3 34采用 Y—40”LWbO。的宽带低损耗声表面 压电陶瓷圆筒振子耦合振动的本征频率 波滤波器 17 分析 3 44具有小杂波激励的新切型基片——Y一 陶瓷传感器及应用 3 48 78。二一90oLINto。19 铁电存储器研究进展 3 60压电石英体声波器件的应用特点及发展 压电叠堆相位滞后特性的研究 4 23 趋势 21 高电压梯度的ZnO变阻器 4 27移动通信用SAW滤波器发展动向 2 6 压电陶瓷圆片振子耦合振动的等效电路 6 32抽指延迟线型声表面波温…     

双弯曲驻波压电振子的振及其相位关系研究

对驻波驱动型双弯曲压电振子基板与凸起之间的振动及其样位关系进行了解析推导，从理论上说明了双弯曲压电振子在单一信号激励下能够生成椭圆运动并形成驱动能力。为这种振子的进上步开发应用奠定的理论基础。     

压电振梁及振动角速率传感器

研究了一种由石英做成的音叉角速率传感器。音叉平面内参照振动的激励和对该平面法向振动的检测都利用了压电效应。二次振动的振幅正比于所施加的角速度。为了使器件能经受恶劣环境条件,结构设计为刚性的。这就意味着,振动唯一的有效部分是音叉的叉头部分。借助于唯象的压电振梁的理论,预测了传感器的性能,该理论表明,这足以用来研究振梁横切面的二维(2—D)介电场,从而得到压电等效元件的值。无须采用计算机程序,便可得到这些预测值。预测值被证明与测量值比较吻合。     

基于虚拟哥氏力的MEMS陀螺仪自标定方法及实验

本文提出了使用虚拟哥氏力来标定MEMS陀螺仪特性的一种方法,通过利用一系列电压信号来模拟哥氏力和角速率的输入,以获得陀螺仪的频率特性响应。该方法可以分别在开环模式和闭环模式的情况下便捷且高效的测量出陀螺的标度因数等性能指标。同时,该方法可以很容易识别外部角速度的动态响应,增大了传统标定方法的频率范围,避免了利用测试设备标定陀螺所面临的性能局限。并且,该方法可以用于微机械陀螺的误差校正和故障检测。本文所使用的陀螺是自主研制的双质量线振动陀螺。     

MEMS陀螺仪高阶带通ΣΔ闭环检测系统设计北大核心

为了解决MEMS陀螺仪开环检测带宽窄、量程低、线性度差等问题,设计了机电结合带通ΣΔ闭环检测系统。首先设计4阶带通纯电学ΣΔ调制器,结合MEMS陀螺的机械结构,提出机电结合闭环检测系统结构及参数获取方法。该环路采用脉冲密度反馈方式,考虑输入热噪声、正交误差等非理想因素,建立闭环检测系统的非理想模型。仿真结果表明：对比开环检测,该闭环反馈力平衡了哥氏力,抑制了哥氏振动,陀螺的响应位移降低了4个数量级,响应速度提升了0.6 s;当陀螺量程为300°/s、带宽200 Hz时,信噪比（SNR）达到了113.2 dB。基于现场可编程门阵列（FPGA）开发了MEMS陀螺测控系统电路并进行实际测试,结果表明闭环检测标度因数非线性、测量范围和带宽分别提高了4倍、1.5倍和1.5倍,系统性能得到了有效提升。