一种带有弹簧阻尼结构的半球谐振陀螺的制作方法

1.本发明涉及精密仪器领域，具体涉及一种带有弹簧阻尼结构的半球谐振陀螺。


背景技术：

2.半球谐振陀螺是一种高精度、高可靠性、长寿命的新型惯导级固体陀螺仪，它是利用半球壳唇缘的径向驻波进动效应来感测基座旋转的一种新型振动陀螺。由于半球谐振陀螺仪无运动部件，内部功耗小，对磁场不敏感，潜在的失效因素少，因而它具有很高的测量精度、超强的稳定性和可靠性，良好的抗冲击振动性以及高动态、低噪声的特点。
3.现有的半球谐振陀螺多采用外部减振方式，或者成组安装到惯组框架结构上，通过惯组结构上的减振器进行减振。这种些方式一是增大了产品的体积，二是无内减振的半球谐振陀螺存在一级结构振动放大的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是解决现有的半球谐振陀螺金属基座与石英基座连接处振动放大的技术问题。
5.为了达到上述目的，本发明提供了一种带有弹簧阻尼结构的半球谐振陀螺，包括半球谐振子、石英基座和金属基座，所述半球谐振子连接至所述石英基座上，所述石英基座与所述金属基座通过弹簧阻尼结构连接，所述弹簧阻尼结构设置于所述半球谐振陀螺的内部。
6.可选地，所述半球谐振子通过铟焊料焊接至所述石英基座上。
7.可选地，所述半球谐振子采用石英材料。
8.可选地，还包括设于所述半球谐振陀螺外侧的壳体，所述壳体焊接至所述金属基座上。
9.可选地，所述壳体采用玻封合金材料。
10.可选地，还包括连接于所述金属基座上的电极引针。
11.可选地，所述电极引针为玻封合金材料，通过烧结工艺连接至所述金属基座上。
12.可选地，所述电极引针外周与所述金属基座接触的位置，设有玻璃绝缘套管。
13.本发明的有益效果为：
14.本发明将通过弹簧阻尼结构，将减震系统一体化设置于半球谐振陀螺的内部，充分利用了陀螺内部多余的空间，还解决了半球谐振陀螺的石英基座和金属基座的连接处振动放大的问题。
附图说明
15.图1为本发明的半球谐振陀螺结构示意图。
16.图2为本发明的弹簧阻尼结构的质量-刚度-阻尼简化模型示意图。
17.图中，1-半球谐振子，2-石英基座，3-金属基座，4-弹簧阻尼结构，5-壳体，6-电极
引针，7-玻璃绝缘套管。
具体实施方式
18.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“垂直”“水平”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”“第二”“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.如图1所示，本发明提供了一种带有弹簧阻尼结构的半球谐振陀螺，包括半球谐振子1、石英基座2和金属基座3。半球谐振子1连接在石英基座2上，优选地，半球谐振子1通过低温铟焊料焊接至石英基座2上，半球谐振子1和石英基座2均采用高品质因数的熔融石英材料。石英基座2与金属基座3通过弹簧阻尼结构4连接，弹簧阻尼结构4设置于半球谐振陀螺的内部。
22.弹簧阻尼结构4的质量-刚度-阻尼简化模型如图2所示。图中，焊接在一起的半球谐振子1与石英基座2的质量为m，弹簧阻尼结构4相当于支撑刚度元件k，c为阻尼器，x为半球谐振子与石英基座处的振动幅度，u0为外部振动幅度，可利用下式确定弹簧阻尼结构4的设计参数：
[0023][0024]
式中，x为半球谐振子与石英基座处的振动幅度，u0为外部振动幅度，w为外部振动频率，wn为半球谐振子的固有频率，ξ为阻尼比，ξ＝c/cc。c为粘性阻尼系数，等于阻尼力与振动速度之比；cc为临界阻尼系数，即发生振动时所容许的最大粘性阻尼系数，m为半球谐振子和石英基座的质量。
[0025]
通过该设计模型，可以得出，满足振动放大要求(比如说外部输入振动u0＝1，要求谐振子的振动量级即x要小于1.5u0)，弹簧阻尼结构的刚度k和阻尼c，从而设计制造出弹簧阻尼结构4。
[0026]
现有技术中，石英基座2通过钎焊连接的方式安装至金属基座3上。电极引针6为玻璃材质，一般通过玻璃烧结工艺连接于金属基座3上，通过钎焊料焊接在石英基座2上。石英基座2的载荷大，电极引针6不仅要用于电极引出，一定程度上还要起到支撑作用。玻璃属于
脆性材料，承担支撑作用会降低电极引针6的使用寿命。
[0027]
本申请中，电极引针6连接在金属基座3上，优选地，电极引针6均匀排布，共设有8个。电极引针6外周与金属基座3接触的位置，设有玻璃绝缘套管7。在本发明中，电极引针6仅连接于金属基座3上。同时，电极引针6的上端焊接一根与石英基座2的电极相连的导线，电极引针6的下端与控制电路板焊接在一起。故本发明中，弹簧阻尼结构4用于连接石英基座2和金属基座3；电极引针6不再用于连接石英基座2和金属基座3、对石英基座2没有支撑作用，电极引针6仅用于电极引出。
[0028]
半球谐振陀螺还包括焊接在金属基座3上的壳体5，壳体5采用玻封合金材料。
[0029]
可通过下述方法制备本发明提供的半球谐振陀螺：
[0030]
(1)通过玻封烧结工艺将电极引针固定在金属基座上。
[0031]
(2)通过激光焊接的方式将弹簧阻尼结构下端的凸台与金属基座焊接在一起。
[0032]
(3)采用熔点在250℃-300℃的焊料将石英基座焊接在金属基座上。
[0033]
(4)在石英基座内安装熔点在200℃以下的铟焊料，利用精密仪器设备将半球谐振子与金属基座上的石英基座对位，通过铟焊料进行加热融化。
[0034]
(5)将壳体与金属基座通过激光焊接工艺装配在一起，保持半球谐振陀螺内部的真空度在10-3
pa以下，获得带有弹簧阻尼结构的半球谐振陀螺。
[0035]
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。


技术特征：
1.一种带有弹簧阻尼结构的半球谐振陀螺，其特征在于，包括半球谐振子、石英基座和金属基座，所述半球谐振子连接至所述石英基座上，所述石英基座与所述金属基座通过弹簧阻尼结构连接，所述弹簧阻尼结构设置于所述半球谐振陀螺的内部。2.如权利要求1所述的半球谐振陀螺，其特征在于，所述半球谐振子通过铟焊料焊接至所述石英基座上。3.如权利要求1所述的半球谐振陀螺，其特征在于，所述半球谐振子采用石英材料。4.如权利要求1所述的半球谐振陀螺，其特征在于，还包括设于所述半球谐振陀螺外侧的壳体，所述壳体焊接至所述金属基座上。5.如权利要求4所述的半球谐振陀螺，其特征在于，所述壳体采用玻封合金材料。6.如权利要求1所述的半球谐振陀螺，其特征在于，还包括连接于所述金属基座上的电极引针。7.如权利要求6所述的半球谐振陀螺，其特征在于，所述电极引针为玻封合金材料，通过烧结工艺连接至所述金属基座上。8.如权利要求6所述的半球谐振陀螺，其特征在于，所述电极引针外周与所述金属基座接触的位置，设有玻璃绝缘套管。

技术总结
本发明公开了一种带有弹簧阻尼结构的半球谐振陀螺，包括半球谐振子、石英基座和金属基座，所述半球谐振子连接至所述石英基座上，所述石英基座与所述金属基座通过弹簧阻尼结构连接，所述弹簧阻尼结构设置于所述半球谐振陀螺的内部。本发明将通过弹簧阻尼结构，将减震系统一体化设置于半球谐振陀螺的内部，充分利用了陀螺内部多余的空间，还解决了半球谐振陀螺的石英基座和金属基座的连接处振动放大的问题。的问题。的问题。


技术研发人员：刘付成 赵万良 段杰 李绍良 荣义杰 应俊
受保护的技术使用者：上海航天控制技术研究所
技术研发日：2021.12.01
技术公布日：2022/4/26