该文提出了一种高灵敏度的热膨胀陀螺, 并对其敏感机理进行了研究。通过COMSOL创建了该结构的二维模型, 并对其进行了有限元分析。结果表明, 输入功率为5 mW, 输入角速度范围为-1 000~1 000 (°)/s时, 提出的热膨胀陀螺温度灵敏度为2.12 mK·［(°)/s］-1, 具有陀螺效应,且热膨胀陀螺灵敏度为1.98 mV·［(°)/s］-1, 非线性度为7.64%。与之前的结构相比, 陀螺灵敏度有提高。该高灵敏度热膨胀陀螺具有抗冲击能力强, 制作成本低, 工艺简单及可靠性高等优点, 可用于航天、消费电子及**等领域。

该文揭示了一种动热源摆式单轴微机电系统(MEMS)热加速度计的敏感机理。在给出敏感结构原理的基础上, 通过建立二维物理研究模型、划分网格、加载加速度等方法对敏感结构内的温度场进行了计算。结果表明, 开机1.8 s后在敏感结构内形成了一个稳定的以动热源为中心的温度场; 输入加速度a时, 动热源沿着加速度方向偏移, 温度场随之偏移, 敏感轴方向上对称设置的两个热线温差ΔTX随着输入加速度a的加大而呈线性增长, 温度灵敏度为7.1×10-2 mK/g。根据输入-输出(a-VXOUT)特性曲线给出数学模型, 得到该加速度计灵敏度为0.5 V/g, 非线性度为2.8%, 从而揭示了敏感机理。

针对现有基于单轴光纤陀螺的惯性检测系统无法用于曲线桥结构线形的局限, 提出了一种基于单轴光纤陀螺的曲线桥有轨线形检测方法。首先, 阐述了基于单轴光纤陀螺的直线桥线形检测原理、陀螺的误差来源和曲线桥检测难点, 根据导航算法对单轴光纤陀螺检测弯道线形可行性进行分析; 然后, 搭建曲线型试验轨道和一套轨道检测小车及无线线形采集系统; 最后, 将集成好的线形检测系统在试验轨道上测试, 通过改变试验轨道形变程度构造不同试验工况, 将实际测量结果与千分尺测量结果对比以验证理论的可行性和准确性。结果表明, 该方法可以识别不同工况下曲线型轨道形变程度, 测量精度优于1mm, 具有测量原理简单、系统实现和检测成本低的优势, 结合桥梁检测轨道的配备, 可为各类大型桥梁提供不封桥、不停运形变检测新思路。

针对光缆经常遭到工程施工破坏的问题, 提出了一种低成本的监测光缆线路沿线工程施工情况的振动预警定位系统, 采用多个基于单轴Sagnac干涉仪的振动预警模块实时监测多个光缆的振动情况, 通过相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)模块确定振动点的位置。实验表明该系统成本低、预警效果好。

由于仿昆虫扑翼微飞行器需要在小范围内传输扭矩，且扭矩数值较小，一般的扭矩传感器或力传感器在其动态范围内均难以达到测量精度的要求。为了解决这一问题，提出了一种新型单轴扭矩传感器的设计方案，并完成了实际的制造和测试。该扭矩传感器的主体为殷钢材料，由激光加工制作而成，利用电容式位移传感器测量主轴旋转时目标板的位移，从而建立输出电压与施加扭矩之间的对应关系。传感器带宽和分辨率与微飞行器飞行实验的标准相匹配，同时对离轴负载保持不敏感。经实验测定，该单轴扭矩传感器的带宽为1.1kHz，测量范围为±260.8μNm，分辨率为0.013μNm，可以满足微飞行器扭矩的测量需求。

为了研究单轴旋转惯导系统的高度通道误差抑制方法, 首先分析了纯惯导高度通道的稳定性, 并通过比力方程建立了误差模型。然后推导了单轴旋转惯导系统的高度通道误差方程, 分析了抑制高度通道误差发散的条件, 得出在旋转轴处于水平状态时可以极大地抑制高度通道误差的结论。最后, 在三轴加速度计存在零偏的情况下, 对惯导系统的高度通道误差进行仿真。理论分析与仿真结果均表明旋转轴处于水平状态时可以有效抑制高度通道误差。

为了实现高精度的运动学支撑结构的设计, 研究了切向双脚架-运动学支撑结构的柔度。介绍了切向双脚架-运动学支撑结构的设计原理。根据单边直圆柔性铰链的柔度公式, 推导了双脚架在X、Y和Z轴方向的等效柔度Cx、Cy和Cz的解析式。采用有限元分析和试验验证的方法, 对双脚架的柔度解析式进行了分析验证。结果表明: 解析式结果与有限元结果、试验结果基本一致, 且误差均小于9.8%。研究了单边直圆柔性铰链的柔槽深度R和最小厚度t对双脚架柔度Cx、Cy和Cz的影响, 得到了双脚架的等效柔度均与柔槽深度R成正比, 与最小厚度t成反比的结论。为空间相机上的科学仪器的切向双脚架-运动学支撑结构的设计提供理论参考。

惯导系统的旋转调制技术实质上是一种误差自补偿技术。为了研究单轴旋转惯导系统的误差补偿机理，从四元数微分方程的角度重新推导了旋转惯导系统的姿态误差模型，能够与常用的方向余弦法推导的模型相互印证。建立了具有一般意义的系统误差模型和静基座误差传播方程，并分析了惯性器件误差量的调制形式，为设计转位方案提供了依据。针对单轴连续旋转方案中陀螺常值漂移、标度因数误差和安装误差对导航误差的影响进行了仿真。理论分析与仿真结果均表明，惯性测量单元绕方位轴的连续旋转可以有效抑制导航误差。

在惯性导航系统中, 采用单轴旋转技术可以调制垂直于旋转轴方向上的惯性器件误差, 而对沿旋转轴方向的误差没有抑制作用, 因此旋转轴方向上激光陀螺漂移成为影响惯性导航系统精度的主要因素之一。为精确地辨识旋转轴方向上激光陀螺漂移, 提高激光陀螺单轴旋转惯导系统的精度, 利用人工鱼群算法AFSA(artificial fish swarm algorithm)建立了单轴旋转惯导系统轴向陀螺漂移辨识模型, 给出了AFSA 辨识的详细步骤和方法。实验结果表明: AFSA可以对轴向激光陀螺漂移进行精确建模, 补偿后的激光陀螺零偏不稳定性达到0.000 4 °/h。