杯形波动陀螺是利用哥氏效应工作的振动惯性器件,因其能耗小、成本低、可靠性高和寿命长等优点而极具发展潜力。杯形波动陀螺的工作原理是基于其谐振子绕中心轴旋转时产生哥氏效应,使谐振子相对原驻波振动出现一附加的驻波振动。杯形波动陀螺的性能与其谐振子的结构、制造精度密切相关。本文针对杯形波动陀螺的金属谐振子,开展了以下研究:1.建立了杯形波动陀螺的数学模型,通过环形模型分析了在角速度输入下附加驻波与原驻波幅值之间的关系;通过壳体模型对谐振子的振动特性进行了研究与分析计算。2.研究了杯形谐振子的结构特征,分析了三种支撑结构的差别。通过谐振子模态仿真,研究了谐振频率与结构尺寸的关系。发现过小的支撑杆直径或过厚的谐振环会带来有害振动;材料密度、弹性模量及谐振环对谐振子的影响最为关键,为谐振子的结构设计提供了依据。3.针对谐振子样机,通过激光测振仪对谐振子的模态振型进行了测试工作,研究了非理想谐振子的频率裂解及振型误差现象。理论上分析了工艺误差中的各次谐波对频率裂解的影响,得出工艺缺陷中的四次谐波对谐振子精度影响最大,并对谐振子制造所要达到的轮廓精度进行了分析与仿真预测。4.利用三坐标测量机对谐振子的内外圆轮廓进行了检测,通过对壁厚误差的傅立叶变换分析了其各次谐波分量的大小,对误差成因进行了推测,提出了改善谐振子精度的办法。5.通过试验与仿真,分析了压电电极尺寸及位置精度对频率裂解的影响,以及谐振子的安装非一致性对谐振频率的影响,为提高谐振子的精度、稳定性提供了依据。6.依据结构与精度分析,制作杯形波动陀螺样机,并对其性能进行了测试。陀螺仪在动态范围为±100?/s的情况下,刻度因子为60.1mV/(?/s),线性度为0.83%,短期零偏稳定性为0.007?/s。