實驗名稱：半球諧振子振動性能參數測試系統實現

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，同時利用所搭建的系統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于傳統方法。

測試設備：ATA-2161高壓放大器、數據處理計算機、激光測振儀、波形發生器、真空系統、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

圖2：半球諧振子振動性能參數測試系統原理框圖

圖1(a)中展示了系統主要組成部分，包括數據處理計算機、激光測振儀、波形發生器、高壓放大器、真空系統、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原理框圖。

半球諧振子振動性能參數測試系統工作過程如下：

（1）利用波形發生器產生正弦信號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，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激勵信號與振動速率檢測信號。

圖3：半球諧振子振動模態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對多個半球諧振子樣品進行了系統性實驗，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，削減了對測試環境溫度的穩定控制需求，測量精度、測量結果穩定性、測試效率等方面均優于傳統測試方法，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