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无驱动结构微机械陀螺及其应用技术
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2011
  • 中图分类:
    V241.5
  • 关键词:
  • 成果简介:
    该成果属传感器技术领域,用于旋转体测控系统。研究工作得到国家自然科学基金会和总装备部先后11次资助,历时10年多,总投资792万元。当今高速旋转体迅速发展,但相应的姿态测控技术未见报导。课题组开展了“无驱动结构微机械陀螺及其应用技术”创新性研究,发明了无驱动结构微机械陀螺,并在高速旋转体单通道和三通道测控系统中应用。主要创新点:(1)提出利用旋转体的旋转角速度代替传统的由陀螺自身的驱动结构产生的驱动力,发明了与有驱动结构陀螺对应的无驱动结构陀螺,使陀螺由有驱动结构的一种增加为各具特色的两类陀螺。这种新型陀螺结构简单,可靠性高,特别是其单路输出载波-包络包含了自旋、偏航和俯仰角速度信息,可直接用于旋转体测控系统。(2)发明了利用高速旋转体自旋作为驱动力的电容式硅摆。摆片通过梁悬挂在框架上,摆片振动幅度与旋转体自旋和横向角速度成比例;摆片中心开有方形通孔,通孔的两侧翼有3-6个长条形通孔,调整方形孔和长条孔的尺寸即可调整陀螺的阻尼、分辨率等参数;在硅摆芯片的上下面对称设置一对冲击止档垫,当受冲击时止档垫与电极板接触,冲击过后脱离接触,使陀螺抗冲击强度达30000g以上。(3)建立了利用无驱动结构陀螺的载波-包络输出信号,以地理坐标为基准,分离解算出自旋、偏航和俯仰角速度,以及偏航和俯仰角度,发明了信号分离、解算软件,使一只无驱动结构陀螺具有3个互相垂直安装的一般角速度陀螺的功能。提供地理坐标基准的微机械加速度计是微机械结构的腔体内设置两对应相互垂直的敏感元件,中间有加热元件。(4)提出通过极坐标变换或直角坐标变换,建立了将无驱动结构陀螺的载波-包路输出信号分别用于以旋转体为基准或地理坐标为基准的单通道和多通道控制系统。该成果由北京信息科技大学和北京沃尔康科技有限责任公司合作研发,建立了生产工艺条件,并通过质保体系GJB9001A和生产线认证。产品已批量生产用于高速旋转体测控系统。近3年产品合同款2934万元。该成果国家自然科学基金会结题评估定为特优。中国电子学会、信息产业部和北京市组织的2005年技术鉴定、2006年设计定型鉴定,以及2007年、2008年、2009年和2010年技术成果鉴定,鉴定评价均为国际领先水平。该成果申报中、美、英、法、德等国发明专利18项(国外9项)和实用新型专利2项。已授权发明专利10项(国外5项),获计算机软件著作权3项,以及省部级科技进步奖2项。该成果是已授权发明专利的具体应用。该成果一个微机械陀螺能同时给出14400°/s以上高速旋转飞行体自身旋转、偏航和俯仰的角速度,以及偏航和俯仰角度,大大降低了使用成本,对高速旋转体智能化具有重要意义。该成果无驱动结构微机械陀螺的出现,使长期以来陀螺仅有一种有驱动结构的一类陀螺,增加为各具特色的两类陀螺,大大促进了惯性技术的发展。
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