李靖轩，孙小燕，于亚龙，林 星，胡友旺

(1.高性能复杂制造国家重点实验室，湖南长沙 410083；2.中南大学机电工程学院，湖南长沙 410083)

0 引言

杯形波动陀螺是固体波动陀螺的一种，利用谐振子的振动产生驻波，进而敏感转动角度产生哥氏效应，实现角速度的测量[1-2]。与传统的机械转子陀螺相比，杯形波动陀螺的结构更为简单，具有精度高、稳定性好、使用寿命长等优点。

由于杯形波动陀螺的振动幅度较小，且附加质量会对陀螺的振动特性产生影响，因此频率的测量应尽量采用非接触式的方法。激光多普勒测振仪作为一种典型的非接触式测量仪器，具有频率响应范围大、动态范围宽、高精度、高分辨率等特点，被广泛应用于微器件的振动测量[3-4]。

本文设计了扫频激励、单频激励2种激励方案，在周向不同方位对陀螺进行激振，利用激光多普勒测振仪进行振动信号的采集，实现了陀螺频率裂解的准确测量，并对陀螺的低频轴与高频轴进行了区分，为陀螺的调谐与性能表征提供了支持。

1 测试原理

1.1 陀螺基本工作原理

杯形波动陀螺有驱动模态与检测模态2个工作模态，如图1所示，两者在周向相隔45°。陀螺利用哥氏效应实现角速度的测量，当激励位于驱动模态方位、激励的频率与谐振子的固有频率相同时，驱动模态的驻波被激励出来，谐振子做四波腹运动；当有轴向角速度输入时，陀螺谐振子上振动各点受到哥氏力作用，检测模态被激励出来[5-7]。

图1 杯形波动陀螺工作模态