實驗名稱：半球諧振子振動性能參數測試系統(tǒng)實現

測試目的：基于包絡分析的振動性能參數測試方法為基礎，設計并實際搭建了半球諧振子振動性能參數測試系統(tǒng)，同時利用所搭建的系統(tǒng)對提出的振動性能參數測試方案的精度進行了驗證。實驗結果表明，所實現的諧振子振動性能參數測試技術無論在測試精度、測試效率或可靠性等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

測試設備：ATA-2161高壓放大器、數據處理計算機、激光測振儀、波形發(fā)生器、真空系統(tǒng)、隔振平臺以及數字示波器等。

實驗過程：

圖1：半球諧振子振動性能參數測試系統(tǒng)

圖2：半球諧振子振動性能參數測試系統(tǒng)原理框圖

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

半球諧振子振動性能參數測試系統(tǒng)工作過程如下：

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

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

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

（4）利用數字示波器同時觀測正弦信號s(t)與速率信號r(t)，通過調節(jié)正弦信號s(t)的頻率使速率信號r(t)幅度達到預定值；

（5）待速率信號r(t)幅度達到預定值后關閉高壓放大器，使半球諧振子進入自由振動狀態(tài)，并利用數據處理計算機采集速率信號r(t)；

（6）利用基于非線性優(yōu)化的振動性能參數估計技術估計被測諧振子的品質因數、頻率裂解以及剛性軸角。

圖3展示了測試過程中半球諧振子振動模態(tài)激勵信號與振動速率檢測信號。

圖3：半球諧振子振動模態(tài)激勵信號與振動速率檢測信號

實驗結果：

利用所實現的半球諧振子振動性能參數測試系統(tǒng)對多個半球諧振子樣品進行了系統(tǒng)性實驗，驗證了本章中所應用理論的準確性，評估了所提出的振動性能參數估計方案的性能。實驗結果表明，所提出的測試方案可利用同一組數據實現品質因數、頻率裂解以及剛性軸角等參數的同步測試，測試范圍跨越多個數量級，從原理層面消除了諧振子本征振動頻率漂移對測試結果的影響，削減了對測試環(huán)境溫度的穩(wěn)定控制需求，測量精度、測量結果穩(wěn)定性、測試效率等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)測試方法，測試中所采用的振動性能參數估計方法對估計初值不敏感，可基于其實現諧振子的自動化測試，能滿足半球諧振陀螺大規(guī)模應用背景下的批量測試需求。

高壓放大器推薦：ATA-2161

圖：ATA-2161高壓放大器指標參數

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審核編輯 黃宇