静电陀螺概述

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1、静电陀螺概述框架陀螺：精度追求、三浮结构复杂，成本高昂静电陀螺(ElectrostaticGyro)：较彻底的支承革新球形转子;电极球腔静电悬浮;超高真空静电陀螺优点：精度高，真正的自由转子结构简单，可靠性高应用：战略武器、火箭缺点：工艺复杂发展概况发展阶段1952年提出1970s初期0.01（0/h）1970s中期0.0001（0/h）1970s末期进入实用1995年0.00001（0/h）04年斯坦福大学10-11（0/h）主要研制机构：1950s后期，美国Honeywell和Autonetics开始研制从1960s末到1980s，法国、英国、前

2、苏联、中国也相继展开静电陀螺的研制结构组成：总述球形转子陶瓷球腔凹形球面电极高电压/小间隙/强电场/悬浮/控制回路稳定驱动线圈：转子起旋定中线圈：转子轴对准钛离子泵：抽真空光电传感：读取角度结构组成：球形转子两种类型：空心球和实心球材料：铍（密度小、刚度大）制造工艺：空心球：两个薄壁半球配合而成外径：38~50mm壁厚：0.4~0.5mm赤道处加厚实心球：钽丝嵌入铍棒让质心偏离球心两种类型比较：直径、静电支承力变形、转速结构组成：壳体、电极、驱动与定中壳体：两块陶瓷碗密封连接电极：碗内壁制成球面电极内壁研磨，电镀，切割切割方案：正六、正八面体平板电极

3、板间电场强度板间电容电场能量将W对d求导，得到静电引力公式球面电极每块微小面积可看作和平板情形相同所以合力支承原理：从平板到球面电极支承原理：两种球面电极引力公式对于正六面体电极的每块静电引力的方向，如图对于正八面体电极的每块静电引力的方向，如图支承原理：稳定性的保证以正六面体为例，设转子沿AB轴朝A偏离Δx两边引力的变化会进一步把转子吸到A的一边必须改变两边静电引力变化，才能抑制转子的位移。基本思路：测量位移Δx，改变两端电压UA，UB支承原理：位移导致电极电容改变转子位移Δx：通过测量电极和转子之间电容改变量转子位于中心时，两个电极和转子间的电容

4、均为转子向A电极移动Δx，两个电极和转子的间距分别变为dA=d0-ΔxdB=d0+Δx电容类似地电容改变量ΔC和位移Δx成正比，用敏感电桥可以测出支承原理：位置反馈回路△U=kC·△C=k·△xUA=U0-k·△xUB=U0+k·△x转子受到的合力支承弹簧，K支承刚度支承原理：承载能力静电陀螺承载能力(SuspensionCapability)：根据UA=U0-△UUB=U0+△U当△U=U0时，UA=0，FA=0，UB=2U0，最大支承力：所以又可写成Fm=4F0静电陀螺的承载能力角度读取概述角度读取壳体相对转子极轴的转角读取范围分类小角度、大角度

5、读取方式分类光电法、质量不平衡调制法(ImbalancedMassModulation)光电读取法：刻线区和光电传感器光电读取法：借助光电传感器扫描转子上的刻线刻线区：极轴处和倾斜处光电传感器：（两个）测量原理：起始零位：极轴传感器输出恒值信号，倾斜传感器输出脉冲光电读取法：光轴偏离产生周期信号当壳体转动，使极轴传感器的光轴向对转子极轴偏离一小角度（比如向右），则在转子绕极周旋转一周的过程中，极轴光电传感器输出周期信号。质量不平衡调制法：原理测量范围：大角度适用类型：实心转子质心偏于赤道平面旋转轴通过质心球心绕质心旋转:偏摆转子与各电极的间隙发生周期

6、性变化质量不平衡调制法：原理在赤道平面内间隙变化最大，沿极轴方向变化最小间隙调制=>电容调制=>电极输出信号被调制电极旋转角度影响到其输出中的调制信号的强弱旋转角度大小和方向的判断正八面体电极支承及其变换静电陀螺仪的三个基本问题：一、支承二、读取三、精度（误差控制）静电陀螺误差源分析球加工误差球离心变形球温度变形转子非球形球静平衡误差转子质心轴向位移加速度干扰力矩杂散磁场杂散磁场干扰力矩重力加速度载体加速度振动或冲击转子中心线位移碗装配误差碗中心错位电极球面误差碗温度变形电极表面非球形电极开槽误差碗开孔影响电极面积不相等电容变化电压变化间隙变化场强变

7、化静电场干扰力矩