实验名称：半球谐振子振动性能参数测试系统实现

　　测试目的：基于包络分析的振动性能参数测试方法为基础，设计并实际搭建了半球谐振子振动性能参数测试系统，同时利用所搭建的系统对提出的振动性能参数测试方案的精度进行了验证。实验结果表明，所实现的谐振子振动性能参数测试技术无论在测试精度、测试效率或可靠性等方面均优于传统方法。

　　测试设备：ATA-2161高压放大器、数据处理计算机、激光测振仪、波形发生器、真空系统、隔振平台以及数字示波器等。

　　实验过程：

　　图1：半球谐振子振动性能参数测试系统

　　图2：半球谐振子振动性能参数测试系统原理框图

　　图1(a)中展示了系统主要组成部分，包括数据处理计算机、激光测振仪、波形发生器、高压放大器、真空系统、隔振平台以及数字示波器等。图1(b)展示了真空腔体中处于测试状态的未镀膜谐振子。图2展示了半球谐振子振动性能参数测试系统原理框图。

　　半球谐振子振动性能参数测试系统工作过程如下：

　　（1）利用波形发生器产生正弦信号s(t)，信号频率为0.5倍谐振子本征振动频率；

　　（2）利用高压放大器将正弦信号s(t)放大为高压正弦信号hs(t)并将其传输至叉指电极；

　　（3）利用叉指电极激励半球谐振子振动，同时，激光测振仪测量谐振子外球面唇沿边缘振动速率信号r(t);

　　（4）利用数字示波器同时观测正弦信号s(t)与速率信号r(t)，通过调节正弦信号s(t)的频率使速率信号r(t)幅度达到预定值；

　　（5）待速率信号r(t)幅度达到预定值后关闭高压放大器，使半球谐振子进入自由振动状态，并利用数据处理计算机采集速率信号r(t)；

　　（6）利用基于非线性优化的振动性能参数估计技术估计被测谐振子的品质因数、频率裂解以及刚性轴角。

　　图3展示了测试过程中半球谐振子振动模态激励信号与振动速率检测信号。

　　图3：半球谐振子振动模态激励信号与振动速率检测信号

　　实验结果：

　　利用所实现的半球谐振子振动性能参数测试系统对多个半球谐振子样品进行了系统性实验，验证了本章中所应用理论的准确性，评估了所提出的振动性能参数估计方案的性能。实验结果表明，所提出的测试方案可利用同一组数据实现品质因数、频率裂解以及刚性轴角等参数的同步测试，测试范围跨越多个数量级，从原理层面消除了谐振子本征振动频率漂移对测试结果的影响，削减了对测试环境温度的稳定控制需求，测量精度、测量结果稳定性、测试效率等方面均优于传统测试方法，测试中所采用的振动性能参数估计方法对估计初值不敏感，可基于其实现谐振子的自动化测试，能满足半球谐振陀螺大规模应用背景下的批量测试需求。

　　高压放大器推荐：ATA-2161

　　图：ATA-2161高压放大器指标参数

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