全角(WA)模式的半球谐振陀螺(HRG)进动因子只与球壳谐振子的物理尺寸有关, 但由于读出电极非正交耦合及间隙失配、检测电路增益误差等检测误差, 导致进动因子的周向一致性退化。该文首先对理想半球谐振陀螺的进动因子进行了理论推导, 然后针对检测误差对进动因子的影响进行了分析, 结合具体的全角模式控制电路与算法, 提出了检测误差的校正方法, 最后通过实验验证了该校正方法的有效性。实验结果表明,进动因子的周向一致性提升了2个数量级。

针对半球谐振陀螺谐振子刚性轴辨识问题, 提出了基于幅频特性辨识谐振子刚性轴的方法。首先, 从半球谐振子等效二维质点振动模型出发, 推导出了半球谐振子幅频特性响应数学表达式; 其次, 对谐振子不同激励方向的响应进行了仿真, 并确定了刚性轴辨识特征的选取方法; 再次, 对不同频率裂解及不同品质因子Q值下的激励响应进行了仿真分析, 提出了该刚性轴辨识方法所适用的条件; 最后, 对提出的刚性轴辨识原理及方法进行了实验验证, 将频率裂解值为0.3、0.18、0.01 Hz的谐振子进行了刚性轴辨识, 验证了该辨识原理及方法的正确性。该方法原理清楚、辨识装置易于实现、操作效率高, 为后续工艺的谐振子质量调平工程化提供了有效途径。

半球谐振陀螺是一种高精度、高可靠性、小型化的角速度传感器, 被誉为“具有颠覆性的技术”, “可以改变惯导行业版图”。综述了半球谐振陀螺国内外研究现状, 分析了国内外主要差距; 总结了半球谐振陀螺的关键技术, 强调了精密加工、化抛、调平、镀膜、装配、电路控制和误差补偿等关键技术; 分析了半球谐振陀螺的发展趋势, 包括技术发展趋势和市场发展趋势。

全角模式下的半球谐振陀螺是速率积分陀螺, 具有测量范围宽、带宽高和精度高等特点。该文对由谐振子和平板电极组成的两件套半球谐振陀螺的全角模式进行了研究, 介绍了全角模式振型控制与信号解算方法; 通过FPGA+DSP的构架, 实现了全角模式半球谐振陀螺振型控制, 并解算了驻波方位角。实验数据证实, 研制的两件套半球谐振陀螺样机能够实现速率积分陀螺的功能, 测量范围达±400 (°)/s, 陀螺最大系统漂移20 (°)/h。相对于力平衡模式半球谐振陀螺, 其拓宽了半球谐振陀螺的测量范围, 为进一步提升全角半球谐振陀螺的精度奠定了基础。

半球陀螺激光封焊的主要缺陷是匙孔处凝固裂纹。为解决焊缝气密性难题，在运用激光焊接“小孔效应”原理对焊接过程进行理论分析及相关试验验证的基础上，探讨了焊接接头“错边”结构对防止热裂纹的机理，并据此提出了新的焊接结构。研究结果表明，新结构焊缝裂纹受到抑制，气密性得到了显著提高。

为了减小谐振子偏心对力反馈模式下半球谐振陀螺输出的影响, 设计了3种振幅检测的方案。基于半球谐振子径向运动方程, 解算出了陀螺输出的表达式;推导出谐振子偏心情况下, 3种振幅检测方案测得的振幅;根据这些振幅, 得出了相应检测方案下的陀螺输出;通过仿真计算了每种方案的输出相对误差。从结果看出, 第3种检测方案极大地减小了谐振子偏心对半球陀螺输出的影响。