静电陀螺ppt课件

静电陀螺概述,框架陀螺：精度追求、三浮结构复杂，成本高昂静电陀螺(ElectrostaticGyro)：较彻底的支承革新,球形转子;电极球腔静电悬浮;超高真空静电陀螺优点：精度高，真正的自由转子结构简单，可靠性高应用：战略武器、火箭缺点：工艺复杂,1,发展概况,发展阶段,1952年提出1970s初期0.01（0/h）1970s中期0.0001（0/h）1970s末期进入实用1995年0.00001（0/h）04年斯坦福大学10-11（0/h）,主要研制机构：1950s后期，美国Honeywell和Autonetics开始研制,从1960s末到1980s，法国、英国、前苏联、中国也相继展开静电陀螺的研制,2,结构组成：总述,球形转子陶瓷球腔凹形球面电极,高电压/小间隙/强电场/悬浮/控制回路稳定,驱动线圈：转子起旋定中线圈：转子轴对准钛离子泵：抽真空光电传感：读取角度,3,结构组成：球形转子,两种类型：空心球和实心球材料：铍（密度小、刚度大）制造工艺：空心球：两个薄壁半球配合而成,外径：3850mm壁厚：0.40.5mm赤道处加厚,实心球：钽丝嵌入铍棒让质心偏离球心,两种类型比较：直径、静电支承力变形、转速,4,结构组成：壳体、电极、驱动与定中,壳体：两块陶瓷碗密封连接电极：碗内壁制成球面电极内壁研磨，电镀，切割切割方案：正六、正八面体,5,平板电极,板间电场强度,板间电容,电场能量,将W对d求导，得到静电引力公式,球面电极,每块微小面积可看作和平板情形相同,所以合力,支承原理：从平板到球面电极,6,支承原理：两种球面电极引力公式,对于正六面体电极的每块,静电引力的方向，如图,对于正八面体电极的每块,静电引力的方向，如图,7,支承原理：稳定性的保证,以正六面体为例，设转子沿AB轴朝A偏离x两边引力的变化会进一步把转子吸到A的一边必须改变两边静电引力变化，才能抑制转子的位移。基本思路：测量位移x，改变两端电压UA，UB,8,支承原理：位移导致电极电容改变,转子位移x：通过测量电极和转子之间电容改变量,转子位于中心时，两个电极和转子间的电容均为,转子向A电极移动x，两个电极和转子的间距分别变为dA=d0-xdB=d0+x,电容,类似地,电容改变量C和位移x成正比，用敏感电桥可以测出,9,支承原理：位置反馈回路,U=kCC=kx,UA=U0-kxUB=U0+kx,转子受到的合力,支承弹簧，K支承刚度,10,支承原理：承载能力,静电陀螺承载能力(SuspensionCapability)：根据UA=U0-UUB=U0+U当U=U0时，UA=0，FA=0，UB=2U0，最大支承力：,所以又可写成Fm=4F0,静电陀螺的承载能力,11,角度读取概述,角度读取壳体相对转子极轴的转角,读取范围分类小角度、大角度读取方式分类光电法、质量不平衡调制法(ImbalancedMassModulation),12,光电读取法：刻线区和光电传感器,光电读取法：借助光电传感器扫描转子上的刻线,刻线区：极轴处和倾斜处光电传感器：（两个）测量原理：起始零位：极轴传感器输出恒值信号，倾斜传感器输出脉冲,13,光电读取法：光轴偏离产生周期信号,当壳体转动，使极轴传感器的光轴向对转子极轴偏离一小角度（比如向右），则在转子绕极周旋转一周的过程中，极轴光电传感器输出周期信号。,14,质量不平衡调制法：原理,测量范围：大角度适用类型：实心转子,质心偏于赤道平面旋转轴通过质心球心绕质心旋转:偏摆转子与各电极的间隙发生周期性变化,15,质量不平衡调制法：原理,在赤道平面内间隙变化最大，沿极轴方向变化最小,间隙调制=电容调制=电极输出信号被调制,电极旋转角度影响到其输出中的调