專利名稱：一種鐘形振子式角速率陀螺信號提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于角速率陀螺技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐘形振子式角速率陀螺的信號提取方法。
背景技術(shù)：
陀螺作為敏感載體角運動的慣性器件，是慣性導航、制導的核心部件?；诟缡狭υ淼恼駝油勇菥哂兴械膽T性品質(zhì)，其在慣性技術(shù)領(lǐng)域的地位越來越重要，已被人們當作新一代的慣性儀表受到廣泛的關(guān)注。在科學技術(shù)發(fā)展和市場需求的推動下，各種振動陀螺相繼出現(xiàn)。專利號為ZL201010215745. 1，發(fā)明名稱為鐘形振子式角速率陀螺的專利申請?zhí)峁┝艘环N鐘形振子式角速率陀螺，該鐘形振子式角速率陀螺是一種基于哥氏力原理的振動陀螺，其敏感器件采用熔融石英材料的鐘形諧振子。目前，基于該鐘形振子式角速率陀螺的信號提取方法設(shè)計，是采用單一傳感器進行測量，而且沒有具體給出陀螺信號提取方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了彌補單一傳感器造成的陀螺漂移信號大、溫度特性差、分辨率低等缺點，同時也為了彌補鐘形振子式角速率陀螺測量領(lǐng)域的空白。提供了一種鐘形振子式角速率陀螺信號提取方法，該方法降低了陀螺漂移、提高了溫度特性和陀螺輸出分辨率。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種鐘形振子式角速率陀螺信號提取方法，包括以下步驟
步驟I，對壓電片A、壓電片E構(gòu)成的 > 軸向施加振子激勵信號；
步驟2，提取壓電片C、壓電片G、壓電片D、壓電片H和8個電容傳感器信號；
步驟3，對采集的信號進行融合，計算軸向、軸向&、軸向Jk、軸向的輸出信號；
步驟4，利用軸向Xp上的輸出信息，對輸入信號進行幅度穩(wěn)定控制和頻率穩(wěn)定控制；
步驟5，利用軸向)^上的輸出信息，計算正交誤差和速率誤差；
步驟6，對計算的正交誤差和速率誤差進行合成，生成軸向方向上的控制力矩，同時輸出輸入角速率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
(1)本發(fā)明提供的鐘形振子式角速率陀螺信號提取方法，是對鐘形振子進行分析，利用其振動特性對輸入角速率進行解算；
(2)本發(fā)明提供的鐘形振子式角速率陀螺信號提取方法，采用電容傳感器和壓電傳感器復合檢測，提高了陀螺整體性能；
(3)本發(fā)明提供的鐘形振子式角速率陀螺振子結(jié)構(gòu)設(shè)計方法彌補單一傳感器造成的陀螺漂移信號大、溫度特性差、分辨率低等缺點，同時也為了彌補鐘形振子式角速率陀螺測量領(lǐng)域的空白。提供了一種鐘形振子式角速率陀螺信號提取方法，該方法降低了陀螺漂移、提高了溫度特性和陀螺輸出分辨率。


圖1為鐘形振子式角速率陀螺信號提取方法流程 圖2為鐘形振子式角速率陀螺傳感器布局剖視 圖3為鐘形振子振動效果示意圖。
具體實施例方式鐘形振子式角速率陀螺的原理是利用發(fā)生諧振的鐘形振子旋轉(zhuǎn)時引起的振型角度的進動，來確定陀螺基座繞慣性空間旋轉(zhuǎn)的角度。為使鐘形振子能產(chǎn)生環(huán)向波數(shù)的理想振型，必須準確地控制鐘形振子的激振頻率，而這一頻率正是鐘形振子在該振型下的 固有頻率，使得到的鐘形振子能產(chǎn)生理想振型，從而敏感輸入角速率。鐘形振子的傳感器分布如圖2所示。8個壓電片壓電片A(l_2)、壓電片B(l_5)、壓電片C (1-8)、壓電片D (1-11)、壓電片E (1-14)、壓電片F(xiàn) (1-16)、壓電片G (1-18)、壓電片H (1-20)均勻分布在鐘形振子(1-4)外表面；8個電容傳感器電容傳感器A (1-3)、電容傳感器B (1-6)、電容傳感器C (1-9)、電容傳感器D (1-13)、電容傳感器E (1-15)、電容傳感器F (1-17)、電容傳感器G (1-19)、電容傳感器H (1-20)均勻分布在鐘形振子式角速率陀螺的中軸上，與鐘形振子內(nèi)壁(1-4)有5 u m間距。在鐘形振子振動過程中，振子邊緣
會產(chǎn)生四波腹振動，形成4個固有剛性軸系軸向V，(1-1)、軸向3 (1-10)、軸向I (1-7)和軸向 (1-12)。本發(fā)明提供的鐘形振子式角速率陀螺信號提取方法的流程如圖1所示，具體如下
步驟1，對壓電片A (1-2)、壓電片E (1-14)構(gòu)成的軸向(1-1)施加振子激勵信號；經(jīng)過計算分析與實驗，鐘形振子的固有頻率為6658. 5Hz。由控制電路施加頻率為6658. 5Hz、幅值為IOV的正弦信號在壓電片A (1-2)、壓電片E (1-14)上，即在軸向Xn (1-1)
施加激勵信號，待穩(wěn)定后，振子進入諧振狀態(tài)。在軸向(1-1)與軸向Xp (1-10)方向上產(chǎn)
生四波腹振動，在振型A (2-1)與振型B (2-2)之間快速切換，如圖3所示。激勵信號數(shù)學描述如下
x&t = AxisH2^fj)
其中，尨=IOf,,厶=66紙Sfe。步驟2，提取壓電片C (1-8)、壓電片G (1-18)、壓電片D (1-11)、壓電片H (1-14)和8個電容傳感器信號；
利用壓電片信號采集電路對壓電片C (1-8)、壓電片G (1-18)、壓電片D (1-11)、壓電片H (1-14)進行信號采集。利用電容傳感器采集電路對電容傳感器A (1-3)、電容傳感器B (1-6)、電容傳感器C (1-9)、電容傳感器D (1-13)、電容傳感器E (1-15)、電容傳感器F(1-17)、電容傳感器G (1-19)、電容傳感器H (1-20)進行信號采集。步驟3，對采集的信號進行融合，計算軸向Xij (1-1)、軸向1 (1-10)、軸向I(1-7)、軸向(1-12)的輸出信號；
壓電片C (1-8)與壓電片G (1-18)均為測量軸向X、的輸出信號，故將壓電片C (1-8)與壓電片G (1-18)進行差分處理，得出壓電傳感器測量出的軸向& (1-10)的壓電輸出信號;壓電片D (1-11)與壓電片H (1-14)均為測量軸向(1-12)的壓電輸出信號，故將壓電片D (1-11)與壓電片H (1-14)進行差分處理，得出壓電傳感器測量出的軸向(1-12)的壓電輸出信號。電容傳感器A (1-3)與電容傳感器E (1-15)通過差分電容檢測電路，測量軸向(1-1)的電容輸出信號;電容傳感器B (1-6)與電容傳感器F (1-17)通過差分電容檢測電路，測量軸向^ (1-7)的電容輸出信號;電容傳感器C (1-9)與電容傳感器G (1-19)通過差分電容檢測電路，測量軸向& (1-10)的電容輸出信號;電容傳感器D (1-13)與電容傳感器H (1-20)通過差分電容檢測電路，測 量軸向(1-12)的電容輸出信號。對于軸向 (1-1)，其上壓電片A (1-2)和壓電片E (1-14)激勵振子振型，不負責振型檢測，故在該軸系上缺少壓電檢測數(shù)據(jù)。由于在同一檢測環(huán)上，軸向Xn (1-1)與軸向)(1-1)的上壓電輸出信號在幅值上相等，相位上相差I(lǐng)，故可通過對軸向Xp (1-1)的壓
電輸出信號進行相移處理，得出虛擬的軸向(1-1)上的壓電輸出信號。通過對壓電檢測電路與差分電容檢測電路的前期調(diào)'!V，使各壓電輸出信號與各電容輸出信號處于同一敏感區(qū)間，即對應測得的軸向位移為同一標度因數(shù)。所以，可通過軸內(nèi)> C1-1)上
的壓電輸出信號_pie和電容輸出信號Xn _e得，生成軸向(卜1 )的實際敏感信號
- 2 + 尤_—)( 1 )
同理，軸向(1-7)，其上壓電片B (1-5)和壓電片F(xiàn) (1-16)負責提供振子工作所需的正交控制與速率控制，不負責振型信號檢測。由于在同一檢測環(huán)上，軸向/ (1-7)與軸向yp (1-12)的上壓電輸出信號在幅值上相等，相位上相差I(lǐng)故可通過對軸向JFn (1-7)的壓電輸出信號進行相移處理，得出虛擬的軸向I (1-7)上的壓電輸出信號。通過對壓電檢測電路與差分電容檢測電路的前期調(diào)節(jié)，使各壓電輸出信號與各電容輸出信號處于同一敏感區(qū)間，即對應測得的軸向位移為同一標度因數(shù)。所以，可通過軸向I (1-7)上
的壓電輸出信號和電容輸出信號，生成軸向Jn (1-7)的輸出信號
權(quán)利要求
1.一種鐘形振子式角速率陀螺信號提取方法，其特征在于包括以下步驟， 步驟1，對壓電片A、壓電片E構(gòu)成的、軸向施加振子激勵信號； 步驟2，提取壓電片C、壓電片G、壓電片D、壓電片H和8個電容傳感器信號； 步驟3，對采集的信號進行融合，計算軸向\、軸向\、軸向Jr、軸向的輸出信號； 步驟4，利用軸向上的輸出信息，對輸入信號進行幅度穩(wěn)定控制和頻率穩(wěn)定控制； 步驟5，利用軸向)^上的輸出信息，計算正交誤差和速率誤差； 步驟6，對計算的正交誤差和速率誤差進行合成，生成軸向凡方向上的控制力矩，同時輸出輸入角速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐘形振子式角速率陀螺信號提取方法，其特征在于在步驟2中，利用壓電片信號采集電路對壓電片C、壓電片G、壓電片D、壓電片H進行信號采集；利用電容傳感器采集電路對8個電容傳感器進行信號采集。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐘形振子式角速率陀螺信號提取方法，其特征在于在步驟3中， 通過軸向上的壓電輸出信號I和電容輸出信號，生成軸向的實際敏感信號
全文摘要
一種鐘形振子式角速率陀螺的信號提取方法，包括(1)對壓電片A、壓電片E構(gòu)成的軸向施加振子激勵信號；(2)提取壓電片C、壓電片G、壓電片D、壓電片H和8個電容傳感器信號；(3)對采集的信號進行融合，計算軸向、軸向、軸向、軸向的輸出信號；(4)利用軸向上的輸出信息，對輸入信號進行幅度穩(wěn)定控制和頻率穩(wěn)定控制；(5)利用軸向上的輸出信息，計算正交誤差和速率誤差；(6)對計算的正交誤差和速率誤差進行合成，生成軸向方向上的控制力矩，同時輸出輸入角速率。本發(fā)明彌補了單一壓電器件對陀螺輸出信息的影響，提高了鐘形振子式角速率陀螺的設(shè)計精度，為鐘形振子式角速率陀螺的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。
文檔編號G01C19/56GK103017748SQ201210509680
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者劉寧, 鄧志紅, 蘇中, 付夢印, 李擎, 劉洪 申請人:北京信息科技大學, 北京理工大學