分析圖6 可得

     (1) 電阻RC 兩端所分得的電壓很大,電阻R兩端電壓很小。

     (2) 金屬板處于懸浮狀態。如果金屬板沒有被懸浮起來,處于接觸狀態的話,壓電振子兩端的接觸電阻很小(只有0. 2 Ω) ,串接電阻R = 11. 7 kΩ ,所分得的電壓V 1 = 0. 85 mV ,電阻兩端電壓較高。由圖6 所得到的是壓電振子兩端的電壓V 1 較大,而電阻兩端的電壓V 2 很小,兩個波形存在的相位差約為90°。

     (3) 由相位差我們可以分析,壓電振子振動時,金屬板被懸浮起來,由于間隙的存在可視為電容元件。由于間隙的變化,導致電容值C 不斷變化, 由電學知識可知

      式中　s 為電容的重疊面積; l 為電容兩極板間的間隙。

      (4) 由波形A 的變化可知懸浮間隙是動態的。如果間隙l 不變,電容C 為定值,整個電路相當于斷路,沒有電流,電阻兩端電壓為0 ,電容兩端電壓為50 V。

      (5) 根據測試電路可得懸浮間隙表達式為

      式中　S 為接觸面積; V 為電源電壓; V 1 為壓電振子兩端電壓, dV 1 / dt 可由傅里葉分析儀直接讀出。由上述分析得出,懸浮間隙為動間隙,從電壓變化的范圍來看,間隙的變化較小,近似認為懸浮間隙恒定。測試數據如表3 所示,串接電阻R = 11. 7 kΩ ,面積S = 1. 257 ×10 - 3 m2 (試驗用壓電振子輻射端面中間有一螺紋孔) 。整理表中數據可得懸浮間隙與壓電振子振幅之間的關系曲線(見圖7) 。從圖7可見,壓電振子振幅變大,懸浮間隙也越來越大。當振幅減小或懸浮物加重時,振動表面與物體之間的間隙變得很小,此時超聲振動對物體的作用主要表現為摩擦力減小;當振幅加大或懸浮物較輕時,它們之間的間隙明顯,表現為對物體的懸浮作用。

 

      3 　結論

      本文介紹的方法是在DMU3X 型壓電陀螺的大量特性實驗數據的基礎上總結得出,它同樣適用于特性相似的其他型號的陀螺。

      3. 1 　應用本方法的優點

      a. 校零所需時間很短,有利于陀螺的快速啟動。

      b. 由于該方法所需的計算量不大,對慣性測量組合的CPU 要求很低,從而可以縮小組合系統的體積和質量(CPU 的功能越強往往體積和質量也越大) ,這對系統是非常有利的。

      c. 由于校零是動態的,在解決零位重復性問題的同時也解決了陀螺輸出對環境溫度敏感的問題,省去了繁瑣的建模過程,可以大大減少實驗的數量,從而大大降低了生產的成本,更有利于批量生產。

     d. 應用此方法時,我們希望在啟動時載體的姿態變化越小越好。

     e. 該方法在解決零位重復性問題時非常有效,并且和其他的校零和補償方法不矛盾,可作為陀螺儀初校方法,然后和其他方法結合一起使用以進一步提高慣性測量組合的精度。

     3. 2 　應用此方法需要注意的問題

     a. 單獨應用本方法時,在陀螺工作時間內,我們忽略了其零位電壓和零位電壓漂移量的變化。若要在零位電壓和零位電壓漂移量的變化較大的情況應用此方法,需結合其他方法對變化加以控制。

     b. 優點c 針對的是工作過程溫度變化不大的情況,如果由于陀螺自身工作發熱、散熱設計不好等原因造成工作過程陀螺的溫度變化較大,影響到陀螺的輸出,這時仍需加入溫度補償算法。

     c. 要降低本方法的誤差的一個關鍵在于降低信號不同步時間Δt ,在本方法中的Δt 不是要求實時同步,而是校準時所用數據起始時間的同步,可以用相應的尋找起始時間同步的算法以及使用硬件同步的方法降低,以進一步提高精度。

       結束語

       從實驗可以看出,超聲振動對物體具有懸浮和動壓潤滑能力是可以肯定的,其懸浮能力和動壓潤滑能力與振動強度有關。利用這種方法構造超聲波軸承的關鍵是如何利用超聲振動獲得對軸頸的懸浮支撐和動壓潤滑能力,需要進一步深入研究。

               作者：彭太江   楊志剛   闞君武   曾　平

(1. 吉林大學鏈傳動研究所,吉林長春130025 ;2. 吉林大學機械科學與工程學院,吉林長春130025)