新型磁悬浮振动陀螺的设计与分析研究

发布时间：2021-07-05 12:37

　　振动陀螺是一种利用哥氏效应检测角速度的传感器,其谐振子的结构精度和阻尼均匀性限制了陀螺性能的提升。为减小谐振子结构与支撑锚点的影响,提出了一种全新概念的磁悬浮振动陀螺。该陀螺利用电磁悬浮的方法将谐振子悬空,从而简化了谐振子为无支撑锚点的集中质量块,降低了其结构精度要求,消除了机械结构阻尼,最终达到提升陀螺性能的目的。基于经典振动陀螺模型,理论分析了磁悬浮振动陀螺的基本工作原理,并说明了谐振子误差对陀螺性能的影响规律,设计了新型磁悬浮振动陀螺的结构,并对该结构的磁感应强度进行了仿真分析。仿真结果证明,悬浮质量块振动稳定,具有较好的磁场均匀性。最后对陀螺样机进行了测试,其固有频率为20Hz,标度因子约为1.6mV/[（°）/s],测试结果验证了所提磁悬浮振动结构的陀螺效应。 

【文章来源】：导航定位与授时. 2020,7(03)

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

磁悬浮振动陀螺的示意图

由上述分析可知,磁悬浮振动陀螺可以等效为一般二自由度振动陀螺进行分析,所以建立如图2所示的质量-弹簧-阻尼动力学模型。其中悬浮质量块m为振动元件,系数kx和ky分别是x和y方向的等效弹簧刚度系数,cx和cy则分别是2个方向的等效阻尼系数。施加在悬浮质量块上的激振力fx=F0sin(ωt)是一个周期信号,它将会激励质量块在x轴方向谐振。当整个系统绕z轴以角速度Ω旋转时,会在y方向产生哥氏力即 f y =-2mΩ x ˙ 。基于上述动力学模型,可以得到质量块在x和y方向的运动方程为

假设y方向的品质因数为10,检测模态的响应幅值随着ωx/ωy的变化规律如图3所示。可以发现,当2个模态固有频率的比值为1时(即频率裂解值为0),振动的响应幅值达到最大,对应的灵敏度最高。磁悬浮振动陀螺由于磁场均匀性比较好,并且谐振子可视为集中质量块,所以2个模态的振动频率基本一致,频率裂解值比较小。另外,由于磁悬浮谐振子控制的复杂性,其振动频率通常较低,为实现高灵敏度,应尽可能提高振动频率,使其接近和或达到谐振频率。2 磁悬浮振动陀螺结构设计及其磁场分布

【参考文献】：
期刊论文
[1]2019年国外惯性技术发展与回顾[J]. 薛连莉,沈玉芃,徐月.  导航定位与授时. 2020(01)
[2]超导磁浮交通研究进展[J]. 马光同,杨文姣,王志涛,叶常青,李婧.  华南理工大学学报(自然科学版). 2019(07)
[3]下推式混合磁悬浮装置的设计与仿真研究[J]. 胡帅,陈晓岑,张丽,余海涛.  数字制造科学. 2019(01)
[4]电磁悬浮微陀螺概述[J]. 王章波,仇海涛,米金泰.  导航与控制. 2017(04)
[5]基于磁悬浮效应的三维振动测量[J]. 江东,杨嘉祥.  仪器仪表学报. 2011(03)

硕士论文
[1]磁悬浮式多维加速度测量研究[D]. 孔德善.哈尔滨理工大学 2019



本文编号：3266086