振动陀螺仪简介

1、也称为2020/8/13、1、第三章、振动陀螺仪介绍、2020/8/13、2、振动陀螺仪、2020/8/13、3、3.1水晶音叉陀螺仪、水晶音叉速度传感器。 主要的工作部分是水晶音叉、激励电路和测量电路。 音叉由特定的切线几何学宽度和厚度约0.5mm、长约数毫米的石英结晶制成。2020/8/13、4、3.1水晶音叉陀螺仪、工作原理、音叉通过激励电信号产生压电效应，使音叉以某一定频率等幅振动。 音叉旋转时，在科里奥利惯性力的作用下，激发与原来的振动平面垂直的感生振动。 感应振动的振幅与旋转的角速度成比例，感应振动通过水晶的压电效应产生另一个压电信号，通过测量该压电信号能够测量旋转的角速度。 20

2、20/8/13、5、3.1水晶音叉陀螺，作为工作原理，驱动振幅越大，越能够使传感器电极信号越大。 但是，振幅过大，超过材料的机械强度时会出现非线性，直接影响标度系数。 驱动振幅必须在保持一定幅度的同时，在允许范围内选择较大的值。 因此，保持驱动电流恒定对于保持稳定的输出非常重要。 驱动振动和敏感振动在共振频率附近动作，振幅的大小直接取决于频率。 驱动振动频率在共振频率附近稳定，对于稳定输出同等重要。 谐振频率与音叉的横截面尺寸、水晶切割型及电极位置、电极面积都有关系。 因此，设定修改音叉的尺寸和电极结构是很重要的。 输出不仅能够响应均一角速度，还能够响应收缩旋转角速度。 收缩旋转和共振驱动振动

3、同时作用于音叉，科里奥利力的频率与两者的和(差)频率相关。2020/8/13、6、3.1水晶音叉陀螺仪、二构造和性能、(1)水晶音叉的基本构造、主要部件是水晶音叉，其构造比较简单，但电极的构造、几何尺寸等设定修订方案多种多样。 修改设定时首先考虑水晶晶片的切割类型。 必须利用水晶晶体的压电常数得到最大的灵敏度的同时，利用切割型的频率温度特性，在工作温度范围内得到稳定的输出。2020/8/13、7、3.1水晶音叉陀螺、(1)水晶音叉的基本构造、几何尺寸也是需要考虑的问题。 几何尺寸(晶圆的长度、宽度、厚度)决定音叉振动的频率特性。 音叉的弯曲振动模式决定在低频区域工作，报告的水晶音叉的工作频率为

4、10-40kHz。 最复杂的问题是电极构造、电极位置、电极面积、电极引线布局等电极设置修订。双结构和性能、2020/8/13、8、3.1水晶音叉陀螺、(2)驱动和检测电路、电路并不复杂。 对驱动电路的主要要求是能够将水晶音叉激发成恒频等幅振动。 由于陀螺仪的输出信号与音叉源振动的振幅直接成比例，所以对电路的电流稳定性要求极高。 对检测电路的基本要求是有足够的灵敏度和信噪比。 放大、滤波后，以基准频率进行同步解调后输出。 许多集成电路是双极电路，并且可以通过数字跟踪滤波器抑制在通带中检测的二次谐波，并且提高基频信号的信噪比。双结构和性能、2020/8/13、9、3.1水晶音叉陀螺仪、(2)驱动和

5、检测电路、双结构和性能、2020/8/13、10、3.1水晶音叉陀螺仪、(2)专用集成电路，可以在校准时通过外置部件来调整测量范围。 现在的测量范围是55000度/秒。、二构造与性能、2020/8/13、12、3.1水晶音叉陀螺仪、(3)性能指标、输出与使用环境温度有关，使用前可能出现输出偏移，其大小可达到满刻度的百分之几。 用户可以调整阻尼电路的偏置调整装置，消除出厂时剩馀的偏置值。 偏置调整：二构造和性能、2020/8/13、13、3.1水晶音叉陀螺仪、(3)性能指标、重复性是指多次接通电源时陀螺仪输出的变化大小。 由于QRS中没有旋转质量陀螺仪的转子定心等平衡问题，因此其重复性通常优于旋

6、转质量陀螺仪。 重复性和稳定性：稳定性通常分为短期、中期、长期稳定性3种。 短期稳定性是指启动后的最初的几分钟，中期稳定性是指数日到数十天，长期稳定性是指1年以上。 二构造与性能、2020/8/13、14、3.1水晶音叉陀螺仪、(3)性能指标、偏置稳定性是指一定温度范围内的偏置稳定性，是陀螺仪的重要指标之一。 在同种陀螺仪中，这个指标QRS是最好的。 通常，内部不需要进行温度控制，通过温度补偿的方法，即反复测定各传感器和温度的最佳关系，可以通过输出补偿实现更高的精度。 偏置稳定性：双结构和性能，2020/8/13，15，3.1水晶音叉陀螺仪，(3)性能指标，QRS具有良好的尺度因子稳定性和线性

7、，许多测试结果表明，其线性在运行中约为10-5级，尺度因子稳定与二构造和性能、2020/8/13、16、3.1水晶音叉陀螺仪、(3)性能指标、转子陀螺仪不同，QRS的动态性能主要取决于同步解调电路。 带宽超过100Hz，与全尺度范围无关。 如果采用基于专用集成电路的降噪，对增益和带宽的提高更有利。 动态特性：二构造和性能、2020/8/13、17、3.1水晶音叉陀螺仪、(3)性能指标、QRS在高振动环境下也具有优良的性能。 振动误差小于0.003/sg-1。 据报道，QRS已经取得美国海军、空军等导弹、飞机、舰船的使用资格，表示QRS的设定订正进入成熟阶段。 振动和环境条件：双结构和性能，20

8、20/8/13，18，3.1水晶音叉陀螺仪，三数字水晶惯性测量装置，数字水晶惯性测量装置(DQI )是为了满足战术精密制导武器的成本、体积和功耗等方面的特殊要求一个是ISA及其处理电路，另一个是IMU功能电路，包括数字信号处理电路、输入输出电路和电源电路等。2020/8/13、19、3.1水晶音叉陀螺仪、三数字水晶惯性测定装置、2020/8/13、20、3.2半球谐振陀螺仪、工作原理和结构、(1)工作原理、半球谐振陀螺仪是一种、2020/8/13、21、3.2半球谐振陀螺仪、一工作原理(1)工作原理，2020/8/13，22，3.2半球谐振陀螺仪，工作原理和结构，(2)典型的结构，2020/8

9、/13，23，3.2半球谐振陀螺仪输入旋转和谐振器的残奥仪表变化时，通过控制电路将谐振器模式维持在零前进的稳定工作状态此时，陀螺仪在“重新平衡”模式下工作。 根据半球谐振器的激励方式，半球谐振陀螺有“全角度”和“再平衡”两种工作模式。 半球杯体的激励电压与杯体的位置无关，振动型可随输入自由旋转，振动型的瞬时位置是积分速率输出，在这种情况下，陀螺仪被用作角速率积分陀螺仪。据说此时陀螺仪以“全角度”模式工作。 2020/8/13、24、3.2半球谐振陀螺仪、二半球谐振陀螺仪的信号检测、(1)闭环检测、半球谐振陀螺仪的基本动作条件是，通过施加激励，四腹振动的位置和宽度不会随壳体的旋转而变化。单点激励

10、和双点激励、2020/8/13、25、3.2半球谐振陀螺仪、2半球谐振陀螺仪的信号检测、单点激励、单点激励下难以检测闭环、2020/8/13、26、3.2半球谐振陀螺仪、2半球谐振陀螺仪的信号检测、双点激励3.2半球谐振陀螺仪、2半球谐振陀螺仪的信号检测、闭环检测的分析、闭环检测的本质是四腹振动的位置和速度不保持在杯子中，(n为奇数)四腹振动的稳定化、2020/8/13、29、3.2半球谐振陀螺仪、2半球谐振陀螺仪的信号检测、(2)振动信号的最有利于2020/实现的2020/8/13、31、3.2半球共振陀螺仪、二半球共振陀螺仪的信号检测、(2)振动信号的拾取、四腹振动扭矩器和信号机的配置、2020/8/13、32、3.3其他典型的振动陀螺仪2020/8/13 3.3其他典型的振动陀螺仪、三振动圆盘陀螺仪、2020/8/13、35、3.3其他典型的振动陀螺仪、四振动圆盘硅微陀螺仪、2020/8/13， 36四振轮式硅微陀螺仪、2020/8/13、38、3.3其他典型振动陀螺仪、四振轮式硅微陀螺仪、2020/8/13、39、3.3其他典