實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：半球諧振子振動(dòng)性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

測(cè)試目的：基于包絡(luò)分析的振動(dòng)性能參數(shù)測(cè)試方法為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并實(shí)際搭建了半球諧振子振動(dòng)性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，同時(shí)利用所搭建的系統(tǒng)對(duì)提出的振動(dòng)性能參數(shù)測(cè)試方案的精度進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所實(shí)現(xiàn)的諧振子振動(dòng)性能參數(shù)測(cè)試技術(shù)無(wú)論在測(cè)試精度、測(cè)試效率或可靠性等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

測(cè)試設(shè)備：ATA-2161高壓放大器、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)、激光測(cè)振儀、波形發(fā)生器、真空系統(tǒng)、隔振平臺(tái)以及數(shù)字示波器等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖1：半球諧振子振動(dòng)性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)

圖2：半球諧振子振動(dòng)性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)原理框圖

圖1(a)中展示了系統(tǒng)主要組成部分，包括數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)、激光測(cè)振儀、波形發(fā)生器、高壓放大器、真空系統(tǒng)、隔振平臺(tái)以及數(shù)字示波器等。圖1(b)展示了真空腔體中處于測(cè)試狀態(tài)的未鍍膜諧振子。圖2展示了半球諧振子振動(dòng)性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)原理框圖。

半球諧振子振動(dòng)性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)工作過(guò)程如下：

（1）利用波形發(fā)生器產(chǎn)生正弦信號(hào)s(t)，信號(hào)頻率為0.5倍諧振子本征振動(dòng)頻率；

（2）利用高壓放大器將正弦信號(hào)s(t)放大為高壓正弦信號(hào)hs(t)并將其傳輸至叉指電極；

（3）利用叉指電極激勵(lì)半球諧振子振動(dòng)，同時(shí)，激光測(cè)振儀測(cè)量諧振子外球面唇沿邊緣振動(dòng)速率信號(hào)r(t);

（4）利用數(shù)字示波器同時(shí)觀測(cè)正弦信號(hào)s(t)與速率信號(hào)r(t)，通過(guò)調(diào)節(jié)正弦信號(hào)s(t)的頻率使速率信號(hào)r(t)幅度達(dá)到預(yù)定值；

（5）待速率信號(hào)r(t)幅度達(dá)到預(yù)定值后關(guān)閉高壓放大器，使半球諧振子進(jìn)入自由振動(dòng)狀態(tài)，并利用數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)采集速率信號(hào)r(t)；

（6）利用基于非線性優(yōu)化的振動(dòng)性能參數(shù)估計(jì)技術(shù)估計(jì)被測(cè)諧振子的品質(zhì)因數(shù)、頻率裂解以及剛性軸角。

圖3展示了測(cè)試過(guò)程中半球諧振子振動(dòng)模態(tài)激勵(lì)信號(hào)與振動(dòng)速率檢測(cè)信號(hào)。

圖3：半球諧振子振動(dòng)模態(tài)激勵(lì)信號(hào)與振動(dòng)速率檢測(cè)信號(hào)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

利用所實(shí)現(xiàn)的半球諧振子振動(dòng)性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)多個(gè)半球諧振子樣品進(jìn)行了系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本章中所應(yīng)用理論的準(zhǔn)確性，評(píng)估了所提出的振動(dòng)性能參數(shù)估計(jì)方案的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的測(cè)試方案可利用同一組數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)品質(zhì)因數(shù)、頻率裂解以及剛性軸角等參數(shù)的同步測(cè)試，測(cè)試范圍跨越多個(gè)數(shù)量級(jí)，從原理層面消除了諧振子本征振動(dòng)頻率漂移對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，削減了對(duì)測(cè)試環(huán)境溫度的穩(wěn)定控制需求，測(cè)量精度、測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定性、測(cè)試效率等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)測(cè)試方法，測(cè)試中所采用的振動(dòng)性能參數(shù)估計(jì)方法對(duì)估計(jì)初值不敏感，可基于其實(shí)現(xiàn)諧振子的自動(dòng)化測(cè)試，能滿足半球諧振陀螺大規(guī)模應(yīng)用背景下的批量測(cè)試需求。

高壓放大器推薦：ATA-2161

圖：ATA-2161高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇