适用于角速度测量的装置及测量方法
阅读：107发布：2020-05-08
专利汇可以提供适用于角速度测量的装置及测量方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种适用于 角 速度 测量的装置，包括转动结构体、振动弦-梁体、激振体以及 固定器 ，振动弦-梁体的两端分别通过固定器安装在转动结构体的两侧侧，在 磁场 力 、 电场 力或 电磁场 力的作用下激振体或者振动弦-梁体自身能够驱使振动弦-梁体沿振动弦-梁体轴线相垂直方向上产生振动，当转动结构体以一定的角速度绕振动弦-梁体轴线方向转动时，振动弦-梁体由于受到 科里奥利力 的作用振型改变，通过测量振动弦-梁体振幅以及振型的变化量、轴向力变化量或振动 频率 变化量能够得到转动结构体的转动角速度。本发明能够用于实现一种结构简单、制造难度相对较低但测试 精度 高的弦-梁谐振陀螺。，下面是适用于角速度测量的装置及测量方法专利的具体信息内容。
1.一种适用于角速度测量的装置，其特征在于，包括转动结构体(10)、振动弦-梁体(20)、激振体(30)、固定器(40)以及信号检测部件；
所述振动弦-梁体(20)、激振体(30)、信号检测部件都设置在转动结构体(10)上；
所述振动弦-梁体(20)的一端通过固定器(40)安装在转动结构体(10)的一侧；
所述振动弦-梁体(20)的另一端通过另一个固定器(40)安装在转动结构体(10)的另一侧；或者
所述振动弦-梁体(20)的另一端为自由端；
所述激振体(30)能够驱使振动弦-梁体(20)振动。
2.根据权利要求1所述的适用于角速度测量的装置，其特征在于，所述振动弦-梁体(20)包括磁场体、电场体、电流体、电磁场体、磁电体、力电体、力磁体、光电体中的任一种或任多种组合。
3.根据权利要求1所述的适用于角速度测量的装置，其特征在于，所述振动弦-梁体(20)采用压电材料、电致伸缩材料、磁致伸缩材料、碳纳米管、巨磁电阻材料、光纤材料、光电材料中的任一种或任多种组合。
4.根据权利要求2所述的适用于角速度测量的装置，其特征在于，所述激振体(30)包括磁场体、电场体、电流体、电磁场体、磁电体、力电体、力磁体、激光中的任一种或任多种组合。
5.根据权利要求4所述的适用于角速度测量的装置，其特征在于，还包括至少一个质量体(50)；
所述质量体(50)紧固安装在振动弦-梁体(20)上。
6.根据权利要求1所述的适用于角速度测量的装置，其特征在于，所述信号检测部件包括如下任一个或任多个部件：
-霍尔传感器；
-磁电式感应器；
-静电式感应器。
7.一种适用于角速度测量的装置，其特征在于，包括转动结构体(10)、振动弦-梁体(20)、固定器(40)以及信号检测部件；
所述振动弦-梁体(20)、信号检测部件安装在转动结构体(10)上；
所述振动弦-梁体(20)的两端分别通过固定器(40)安装在转动结构体(10)上。
8.根据权利要求7所述的适用于角速度测量的装置，其特征在于，所述振动弦-梁体(20)的数量为一个或多个；
所述振动弦-梁体(20)的数量为一个时，振动弦-梁体(20)为由一个或多个内芯组成；
所述振动弦-梁体(20)的数量为多个时，多个振动弦-梁体(20)采用平行设置和/或交叉设置；
所述多个振动弦-梁体(20)的直径相同或不同。
9.根据权利要求1或权利要求7所述的适用于角速度测量的装置，其特征在于，所述固定器(40)包括支撑体(41)、检测体(42)、调节体(43)以及振动激励体(44)；
所述检测体(42)的两端分别设置有支撑体(41)、调节体(43)；
所述调节体(43)安装在转动结构体(10)上；
所述调节体(43)的周边设置有振动激励体(44)；
所述支撑体(41)为长度可调节组件；
所述振动激励体(44)为第一激励体(441)和/或第二激励体(442)。
10.一种角速度测量方法，其特征在于，采用权利要求1至9中任一项所述的适用于角速度测量的装置，包括如下步骤：
步骤一：振动弦-梁体(20)在受到激振体(30)的驱动力和/或自身的驱动力进而发生沿垂直于振动弦-梁体(20)轴线的方向振动，振幅为AV，振动的平动速度为V；
步骤二：当转动结构体(10)带动振动弦-梁体(20)以角速度ω的方向为振动弦-梁体(20)轴线的方向或为振动弦-梁体(20)轴线垂直的方向转动时，受到科里奥利力FC的作用，此时原有振幅AV变为AFV+FC(ω)，变化量为Δa(ω)，同时，振动弦-梁体(20)在V和FC所在平面内的振型的角度发生变化，变化量为Δθ(ω)；
步骤三：通过信号检测部件检测在转动结构体(10)转动前后振动弦-梁体(20)自身刚度、拉力、振动频率或振动弦-梁体(20)振动时的电信号、磁信号、电磁信号或光电信号的变化从而获得Δa(ω)、Δθ(ω)或者直接检测获得FC，进而得到转动结构体(10)转动的角速度ω。
适用于角速度测量的装置及测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及测量领域，具体地，涉及一种适用于角速度测量的装置及测量方法。
背景技术
[0002] 陀螺是姿态控制和惯性制导的核心器件，惯性技术的发展以及飞行器、运动体等制导需求的提高要求陀螺向功率小、寿命长、体积小、可靠性高能适应各种恶劣环境的方向发展。固态陀螺，因为质量体在不产生高速回转，相对被检测转动机体初始固定连接的工况下，即可基于科里奥利力作用而检测被测转动物体的转动角速度，使得该种方式检测出的机体转动参数稳定可靠，相对于传统转动陀螺仪检测角速度方式，优势明显。因此，近年出现了如固态半球谐振、固态磁致伸缩陀螺仪。但是在实际制造和使用过程中，由于对固态伞形半球谐振体、或固态磁致伸缩块体质量均匀度要求极高，使得利用这种材料加工出的均匀尺度、材料密度极小变化的谐振体非常困难，对信号检测技术要求过高，甚至不可能实现，使得固态陀螺达不到预期检测精度。
发明内容
[0004] 根据本发明提供的一种适用于角速度测量的装置，包括转动结构体10、振动弦-梁体20、激振体30、固定器40以及信号检测部件；
[0005] 所述振动弦-梁体20、激振体30、信号检测部件都设置在转动结构体10上；
[0006] 所述振动弦-梁体20的一端通过固定器40安装在转动结构体10的一侧；
[0007] 所述振动弦-梁体20的另一端通过另一个固定器40安装在转动结构体10的另一侧；或者
[0008] 所述振动弦-梁体20的另一端为自由端；
[0009] 所述激振体30能够驱使振动弦-梁体20振动。
[0012] 优选地，所述激振体30包括磁场体、电场体、电流体、电磁场体、磁电体、力电体、力磁体、激光中的任一种或任多种组合。
[0013] 优选地，还包括至少一个质量体50；
[0014] 所述质量体50紧固安装在振动弦-梁体20上。
[0015] 优选地，所述信号检测部件包括如下任一个或任多个部件：
[0017] -磁电式感应器；
[0018] -静电式感应器。
[0019] 根据本发明提供的一种适用于角速度测量的装置，包括转动结构体10、振动弦-梁体20、固定器40以及信号检测部件；
[0020] 所述振动弦-梁体20、信号检测部件安装在转动结构体10上；
[0021] 所述振动弦-梁体20的两端分别通过固定器40安装在转动结构体10上。
[0022] 优选地，所述振动弦-梁体20的数量为一个或多个；
[0023] 所述振动弦-梁体20的数量为一个时，振动弦-梁体20为由一个或多个内芯组成；
[0024] 所述振动弦-梁体20的数量为多个时，多个振动弦-梁体20采用平行设置和/或交叉设置；
[0025] 所述多个振动弦-梁体20的直径相同或不同。
[0026] 优选地，所述固定器40包括支撑体41、检测体42、调节体43以及振动激励体44；
[0027] 所述检测体42的两端分别设置有支撑体41、调节体43；
[0028] 所述调节体43安装在转动结构体10上；
[0029] 所述调节体43的周边设置有振动激励体44；
[0030] 所述支撑体41为长度可调节组件；
[0031] 所述振动激励体44为第一激励体441和/或第二激励体442。
[0032] 根据本发明提供的一种角速度测量方法，采用所述的适用于角速度测量的装置，包括如下步骤：
[0033] 步骤一：振动弦-梁体20在受到激振体30的驱动力和/或自身的驱动力进而发生沿垂直于振动弦-梁体20轴线的方向振动，振幅为AV，振动的平动速度为V；
[0034] 步骤二：当转动结构体10带动振动弦-梁体20以角速度ω的方向为振动弦-梁体20轴线的方向或为振动弦-梁体20轴线垂直的方向转动时，受到科里奥利力FC的作用，此时原有振幅AV变为AFV+FC(ω)，变化量为Δa(ω)，同时，振动弦-梁体20在V和FC所在平面内的振型的角度发生变化，变化量为Δθ(ω)；
[0035] 步骤三：通过信号检测部件检测在转动结构体10转动前后振动弦-梁体20自身刚度、拉力、振动频率或振动弦-梁体20振动时的电信号、磁信号、电磁信号或光电信号的变化从而获得Δa(ω)、Δθ(ω)或者直接检测获得FC，进而得到转动结构体10转动的角速度ω。
[0036] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0037] 1、本发明中振动弦-梁体采用弦-梁结构，解决了现有技术的不足，使得材料均匀性明显提高，通过拉丝制造工艺所形成的的弦梁尺寸精度、一致性和密度一致性能够更好的保证，提高了信号检测分辨率、精度和稳定度。
[0038] 2、弦-梁结构使得本发明能够根据不同的应用场景采用多种不同的结构组合形式，应用范围广泛。
[0040] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0041] 图1为本发明的结构示意图；
[0042] 图2为转动结构体10转动时振动弦-梁体20振幅变化的示意图；
[0043] 图3为本发明实施例的结构示意图；
[0044] 图4为转动结构体10转动时振动弦-梁体20振幅变化的示意图；
[0045] 图5为本发明实施例的结构示意图；
[0046] 图6为本发明实施例的结构示意图；
[0047] 图7为本发明实施例的结构示意图；
[0048] 图8为本发明实施例的结构示意图；
[0049] 图9为本发明实施例的结构示意图；
[0050] 图10为本发明实施例的结构示意图；
[0051] 图11为本发明实施例的结构示意图；
[0052] 图12为本发明实施例的结构示意图；
[0053] 图13为本发明实施例的结构示意图；
[0054] 图14为本发明实施例的结构示意图；
[0055] 图15为本发明实施例的结构示意图；
[0056] 图16为本发明实施例的结构示意图；
[0057] 图17为本发明实施例的结构示意图；
[0058] 图18为振动弦-梁体20的布置示意图；
[0059] 图19为振动弦-梁体20的布置示意图；
[0060] 图20为振动弦-梁体20的布置示意图；
[0061] 图21为振动弦-梁体20的布置示意图；
[0062] 图22为振动弦-梁体20横截面的结构示意图；
[0063] 图23为振动弦-梁体20横截面的结构示意图；
[0064] 图24为振动弦-梁体20横截面的结构示意图；
[0065] 图25为振动弦-梁体20的结构示意图；
[0066] 图26为固定器40的结构示意图；
[0067] 图27为支撑体41的结构示意图。
[0068] 图中示出：
[0069]
具体实施方式
[0070] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0071] 根据本发明提供的一种适用于角速度测量的装置，包括转动结构体10、振动弦-梁体20、激振体30、固定器40以及信号检测部件，所述振动弦-梁体20、激振体30、信号检测部件都安装在转动结构体10上，所述振动弦-梁体20的一端通过固定器40安装在转动结构体10的一侧，所述振动弦-梁体20的另一端通过另一个固定器40安装在转动结构体10的另一侧；或者所述振动弦-梁体20的另一端为自由端；所述激振体30能够驱使振动弦-梁体20振动，在一个优选例中，如图1所示，所述转动结构体10中设置有一个振动弦-梁体20，振动弦-梁体20的两端分别通过固定器40紧固连接在转动结构体10上且具有一定的张紧程度，激振体30为磁场发生体，例如能够通过通电获得磁场的电磁线圈，振动弦-梁体20为磁场体，例如铁磁振动弦-梁体，由于激振体30的电磁线圈通电产生磁场作用于振动弦-梁体20，振动弦-梁体20受到交变磁力的作用产生振动，振动的平动速度V，此时，如果激振体30的电磁线圈的通电电流幅值和频率不变，转动结构体10静止，则振动弦-梁体20的振型稳定；当转动结构体10以角速度ω的方向为振动弦-梁体初始轴线的方向发生转动时，振动弦-梁体20将会受到科里奥利力FC的作用，由于科里奥利力FC的作用振动弦-梁体20的振型发生了变化，其中，图1中 的指向为转动结构体10转动的角速度方向且与振动弦-梁体20的轴线方向平行，科里奥利力FC方向分别与V、 的方向垂直；如图2所示，使得原有波腹振幅AV变为AFV+FC(ω)，变化量为Δa(ω)；同时伴有在V和FC所在平面内的振型的角度变化量Δθ(ω)；根据科里奥利力关系式：
[0072] FC＝-2mωV则当振动弦-梁体20的平动速度V通过初始施加稳定的电磁激励确定为已知，振动弦-梁体20质量m已知的情况下所引起的FC的变化只与转动结构体10转动的角速度ω有关。因为FC与Δa(ω)和Δθ(ω)有对应关系，因此通过信号检测部件测量出Δa(ω)和Δθ(ω)，即测量出FC，基于科里奥利力关系式，即可得到转动结构体10的转动角速度ω。
[0073] 进一步地，所述激振体30与振动弦-梁体20能够采取多种配合驱动的形式，例如激振体30能够产生磁场，振动弦-梁体20也存在磁性，相互之间通过磁力的相吸或相斥驱使振动弦-梁体20振动；再例如，激振体30、振动弦-梁体20为带有电荷的电场体，如静电体，通过相互所带电荷的极性达到相互吸引或相互排斥从而驱使振动弦-梁体20振动；还可以是电场和磁场相结合的多种驱使振动弦-梁体20振动的形式。再例如，激振体30为静磁场发生体，振动弦-梁体20通入交变电流，则振动弦-梁体20产生洛伦兹力或安培力，从而驱使弦-梁体20振动；或反之，激振体30为交变磁场发生体，振动弦-梁体20通入直流电流，亦可产生振动弦-梁体20振动。
[0074] 具体地，所述信号检测部件可以安装在转动结构体10的外部，或者安装在转动结构体10的内部，也可以根据转动结构体10的具体结构形式选择安装部位，所述信号检测部件通过检测电、磁、电磁或光电信号获得相应的变化量，从而实现角速度的测量。
[0075] 具体地，所述振动弦-梁体20为弦结构，能够实现材料均匀性加工，通过拉丝制造工艺所形成的弦梁尺寸精度、一致性和密度一致性能够更好的保证，且弦结构使得本发明能够根据不同的应用场景采用多种不同的结构组合形式，提高了信号检测分辨率、精度和稳定度，实用性强并且具有多个维度转动同时检测的潜力。
[0076] 具体地，在另一种应用场景中，如图3、图4所示，优选地，转动结构体10为长方体结构，振动弦-梁体20、激振体30平行设置在转动结构体10的中部且都与转动结构体10底面平行，振动弦-梁体20受到激振体30的驱使产生振动，振动弦-梁体20振动的平动速度V，V的方向与转动结构体10底面平行且与振动弦-梁体20的轴线相垂直，当转动结构体10以角速度ω绕与底面相垂直的方向转动时，角速度ω的方向 与转动结构体10的底面相垂直，那么科里奥利力FC的方向为振动弦-梁体20的轴向相平行的方向，振动弦-梁体20的振动振型将会沿着振动弦-梁体20的轴向方向移动，振动弦-梁体20与激振体30相对位置会发生迁移，振动弦-梁体20原有的振幅为AV，受到的科里奥利力FC(ω)作用后振动弦-梁体20振型迁移，使得振动弦-梁体20上与转动结构体10或激振体30对应位置点的振幅产生相对变化，因此通过信号检测部件检测振动弦-梁体20相应点的电磁信号变化量、电信号变化量、磁信号变化量或光电信号变化量，从而可检测得到振动弦-梁体20振幅的变化量为Δb(ω)以及振型的角度变化量Δθ(ω)，从而获得对应的FC，基于科里奥利力原理得到角速度ω。
[0077] 具体地，如图1、图3所示，通过将振动弦-梁体20设置为压电材料与磁场体的组合，通过激振体30给振动弦-梁体20施加磁场，此时振动弦-梁体20在外加磁场的作用下发生形变，同时由于振动弦-梁体20自身的形变引起振动弦-梁体20拉压其上复合的压电材料体(如压电镀膜层)而出现电压，并通过振动弦-梁体20端部电极端子拾取，通过激振体30施加磁场的大小以及检测到的振动弦-梁体20两端电压的变化信号从而检测振动弦-梁体20的结构形变(对应振动弦-梁体20端部电极端子拾取电信号的量值)能够实现转动结构体10转动角速度的测量。
[0078] 具体地，如图1、图3所示，在一个优选例中，通过将振动弦-梁体20设置为磁致伸缩材料，激振体30为电磁线圈，当给激振体30通入交流电时激振体30所产生的磁场使得振动弦-梁体20发生与激振体30频率相同的振动，当转动结构体10发生转动时，振动弦-梁体20的振动频率发生变化，通过检测振动弦-梁体20频率的变化从而实现转动结构体10转动角速度的测量；在一个变化例中，通过将振动弦-梁体20设置为电致伸缩材料，激振体30为电场体能施加正负极性交变静电场，使得振动弦-梁体20在受到激振体30为电场激励时产生电致伸缩变形振动，当转动结构体10以角速度ω转动时，振动弦-梁体20在FC作用下的张紧力发生变化，进而电致伸缩的量值引起相对变化，通过检测振动弦-梁体20拉力的变化从而实现转动结构体10转动角速度的测量。
[0079] 其中，由于碳纳米管良好的力学性质以及其良好的导电性能，应用本发明中也是制作振动弦-梁体20优选的材料之一，碳纳米管变形过程中电阻变化率高，因此碳纳米管两端的电压信号变化率高，采用碳纳米管可以提高信号检测分辨率，进而提高检测精度。
[0080] 应该说明的是，由于转动结构体10的转动造成的振动弦-梁体20振型变化的信号变化除了通过信号检测部件检测外，还可以通过振动弦-梁体20自身传感检测，振动弦-梁体20自身作为传感的设计时还可以采用巨磁电阻材料，一种受到磁场激励时其内部电阻发生大幅度变化的材料，同样可以在其受到激励体30磁场作用振动后，由于Fc作用，巨磁电阻材料的振动弦-梁体20的振型发生变化，因而巨磁电阻材料的振动弦-梁体20的振型相对位置不变、施加激励磁场不变的激励体30的空间距离会发生变化，因此引起巨磁电阻材料的振动弦-梁体20感受激励体30的激励强度发生相应变化，从而巨磁电阻材料的振动弦-梁体20的电阻、电压发生变化，对应检测出FC和ω。
[0081] 具体的，由图5、10、11、12所示，一个或一个以上振动弦-梁体20为电流体，外加交变电流后，一个或一个以上振动弦-梁体20被施加静磁场，基于洛仑磁力或安培力而产生振动，该振动为一个或一个以上振动弦-梁体20相对转动结构体10或安装在转动结构体10上的检测器件为参照的绝对振动；该绝对振动的量值会因转动结构体10转动而发生变化，基于前述原理可以用于检测到Fc或ω。
[0082] 具体的，由图5、10、11、12所示，一个或一个以上振动弦-梁体20为电流体，外加交变电流后，一个或一个以上振动弦-梁体20会在激励体30施加静磁场弦，基于洛仑磁力或安培力而产生振动，该振动为一个以上振动弦-梁体20相对振动。
[0083] 由于一个以上弦-梁粗细、刚度或材料不同其在受到转动结构体10转动后产生的科里奥利力效应程度不同，因而产生一个以上振动弦-梁体20间相对振动的变化，测得该变化量，也可以用于检测到Fc，进而获得ω。
[0084] 具体的，由图5、10、11、12所示，反之，一个或一个以上电流体的振动弦-梁体20，施加直流电后，而激励体30施加交变磁场，一个或一个以上电流体的振动弦-梁体20将产生振动，同样可实现Fc或ω检测。
[0085] 具体地，在实际应用中可以根据信号检测强度的需要增加一个或多个质量体50，将质量体50安装在振动弦-梁体20上振动振型敏感位置，如图5所示，因此增加检测的准确性，通过在振动弦-梁体20上增加一个或多个质量体50，能够使振动弦-梁体20的振幅的变化量以及振型角度变大，提高检测的灵敏度，有利于转动结构体10转动角速度的检测。
[0086] 具体地，如图6所示，振动弦-梁体20采用磁铁、永磁体或者电磁体，激振体30采用磁场体或电磁场体，当转动结构体10以角速度ω方向为振动弦-梁体20初始轴向的方向转动时，通过霍尔传感器60、磁电感应器70测得的振动弦-梁体20的振型变化时的磁电信息数据从而获得振动弦-梁体20振动变化的Δa(ω)和Δθ(ω)，即FC变化量对应的电磁信号，从而得出转动的速度ω。
[0087] 具体地，振动弦-梁体20还可以采用光纤材料或光纤材料与其它材料的组合，基于科里奥利力作用后产生形变后光纤内部光路信号发生变化，通过信号检测部件，例如光电传感器进行光路信号变化的检测，从而实现转动结构体10角速度准确测量的目的。
[0088] 具体地，如图7所示，振动弦-梁体20采用电场体，例如，振动弦-梁体20为驻极体(表面始终有极性电荷存在)，激振体30为静电激励器，其施加正负交变的电场后，驻极体将会受到吸斥力作用而产生振动，通过静电式感应器，例如静电感应器80测得的振动弦-梁体20的相对转动结构体10转动前后的静电场或静电电压变化量，可获得振动弦-梁体20振动变化的Δa(ω)和Δθ(ω)，即FC变化量对应的静电信号，从而得出转动的速度ω。
[0089] 具体地，如图7所示，振动弦-梁体20采用电流体和电场体，例如，振动弦-梁体20为中心有电流通过的导体芯，其外涂覆层或包裹层上施加静电制成电场体，即振动弦-梁体20为芯部为电流导体，外层为静电体复合材料体。当对振动弦-梁体20为通入交流电时，激振体30施加静磁场，振动弦-梁体20产生振动；因此，通过静电感应器80可测得的振动弦-梁体20的在转动结构体10转动前后的静电感应器80与振动弦-梁体20外层静电场间静电电压变化量，可获得振动弦-梁体20振动变化的Δa(ω)和Δθ(ω)，即FC变化量对应的静电信号，从而得出转动的速度ω。
[0090] 进一步的，如图8所示，振动弦-梁体20为静电激励器，振动弦-梁体20的数量设置为三个且其中两个相对于另一个振动弦-梁体20对称设置，所述三个振动弦-梁体20相互平行，将三个振动弦-梁体20都采用电场体(静电体)并带有静电，其中中间振动弦-梁体20分别与两侧的振动弦-梁体20所带电荷分别为极性相同、极性相反，对其施加正负交变静电场，因此，电荷同性相斥异性相吸致使振动弦-梁体20同时受到朝向径向同一方向电荷的吸力和斥力产生振动，通过传感器检测振动弦-梁体20的刚度信号从而获得刚度信号变化量，或三个弦-梁间所形成的电势或电压差值变化量，从而获得FC进而得出转动的角速度ω，如图14、图15为图8所示的两个变化例。
[0091] 具体地，本发明的中振动弦-梁体20振动激励存在多种形式，在具体地设计中有一种由转动结构体10、振动弦-梁体20、固定器40以及信号检测部件组成的检测传感装置，振动弦-梁体20的两端分别安装在转动结构体10的两侧，在一个优选例中，如图9所示，振动弦-梁体20的数量为两个，两个振动弦-梁体20平行设置在振动弦-梁体20上且存在一定的安装距离，通过使两个振动弦-梁体20所带电荷的极性相反，同时使转动结构体10与振动弦-梁体20相平行的其中一侧带有电荷，电荷的极性与邻近的振动弦-梁体20上的电荷极性相同或相反，对其中一个振动弦-梁体20施加正负交变静电场，另一个振动弦-梁体20将会在施加正负交变静电场的振动弦-梁体20吸力、斥力作用下发生振动，此时当转动结构体10旋转，通过自身传感检测振动弦-梁体20的刚度信号的变化从而获得FC，从而得出转动的速度ω；或者当转动结构体10旋转，也可以通过两个振动弦-梁体20之间形成的电势或电压差的变化，或其中一个振动弦-梁体20与转动结构体10带静电侧之间的电势或电压差值的变化，获得FC，从而得出转动的速度ω。
[0092] 具体地，如图10、图11、图12所示，振动弦-梁体20的数量为两个，两个振动弦-梁体20平行设置在振动弦-梁体20上且存在一定的安装距离，通过使两个振动弦-梁体20所带电荷的不同、粗细的不同，同时使转动结构体10与振动弦-梁体20相平行的其中一侧带有电荷，电荷的极性与邻近的振动弦-梁体20上的电荷极性相同，当对其中一个振动弦-梁体20(如图10所示，左侧的振动弦-梁体20)施加交变正负电场或单极性电场，对另一个振动弦-梁体20(如图10所示，右侧的振动弦-梁体20)施加交变正负电场，两个振动弦-梁体20将都会在其中一个振动弦-梁体20施加正负交变静电场的时相互的吸力、斥力作用下发生振动；
从而当转动结构体10转动时，由于FC引起的振型变化，而使得两个振动弦-梁体20之间或其中一个振动弦-梁体20与转动结构体10带电侧之间产生电势或电压变化，通过测量该变化量，可以对应获得FC，从而得出转动的速度ω。
从而当转动结构体10转动时，由于FC引起的振型变化，而使得两个振动弦-梁体20之间或其中一个振动弦-梁体20与转动结构体10带电侧之间产生电势或电压变化，通过测量该变化量，可以对应获得FC，从而得出转动的速度ω。
[0093] 具体地，如图16所示，振动弦-梁体20的一端紧固安装在转动结构体10上，另一端为自由端，振动弦-梁体20采用有一定刚度的杆，例如为磁铁，激振体30为电磁线圈，激振体30通电后由于振动弦-梁体20受到激振体30磁场的磁力而发生自由端的振动，因此当转动结构体10以角速度ω方向为初始振动弦-梁体20轴线的方向转动时，由于科里奥利力FC的作用，会由于自身的运动或变形而与激振体30之间发生相对位置变化，因而产生伴随的磁信号的变化，通过电磁检测或静电检测方法，能够检测得出Δa(ω)和Δθ(ω)，即FC变化量对应的磁信号，求得FC值。从而得出转动的速度ω。图16中，还可以将振动弦-梁体20的两端通交流电形成电流回路，激振体30设置为施加静磁场，基于洛仑磁力或安培力作用，振动弦-梁体20将进行自由端的端部的振动，当转动结构体10转动时，振动弦-梁体20的振型会因FC作用会发生变化，通过测得该变化量可以实现对应FC，进而转动结构体10角速度ω的测量。
[0094] 进一步的，振动弦-梁体20的布置能够设置多种形式，多个振动弦-梁体20可以采用平行设置、交叉设置、平行设置和交叉设置的组合等多种形式，如图17、图18、图19、图20、图21都是振动弦-梁体20布置的具体实施形式，应当说明的是，振动弦-梁体20的粗细、刚度、材料的不同以及表面电荷量不同等都能够引起同种工况下检测电信号、磁信号、电磁信号或光电信号的不同，因此根据检测信号的强弱确定最稳定、最敏感检测信号从而能够反推得或优化设计出实际需要的振动弦-梁体20的粗细、刚度、材料以及表面电荷量的大小，从而根据不同的场景进行设计，以满足实际检测中的需求。
[0095] 具体地，本发明还设置一个振动弦-梁体20时，同时振动弦-梁体20为由一个或多个内芯组成，如图13所示，在一个优选例中，如图22、图23所示，为由两个带电荷的内芯组成，且两个带电内芯所带电荷的极性相同形成电容而具有电势差，因此振动弦-梁体20由于内部不同内芯间斥力的作用，当外部作用使得该振动弦-梁体20发生振动时，在一个变化例中，如图25所示，两个带电内芯所带电荷极性相同且呈相互平行的蛇形结构布置；在另一个变化例中，为如图24中的布置形式，为由多个内芯组成的振动弦-梁体20；则这些不同芯间的相对面的相对位置会由于振动，或进一步由于FC引起变化，从而引起不同芯间的电势差或电压变化，通过检测该电势或电压变化量，可以得出FC从而得出转动的角速度ω。
[0096] 具体地，如图26所示，所述固定器40包括支撑体41、检测体42、调节体43以及振动激励体44，所述检测体42的两端分别设置有支撑体41、调节体43，所述调节体43安装在转动结构体10上，优选地，所述检测体42、调节体43分别设置有检测体通孔421、调节体通孔431，所述振动弦-梁体20的两端分别依次穿过调节体通孔431、检测体通孔421紧固安装在支撑体41上，所述支撑体41为长度可调节组件，所述振动激励体44包括第一激励体441和/或第二激励体442。
[0097] 具体地，调节体43采用磁致伸缩材料，所述检测体42采用压电材料，调节体43的周边设置有振动激励体44，振动激励体44为电磁线圈，当振动激励体44通交流电时调节体43产生与振动激励体44的同频振动形成共振，检测体42、调节体43以及振动弦-梁体20所组成的复合体的固有频率与周边设置有振动激励体44的激励频率相同而产生共振时，此时，当转动结构体10转动产生科里奥利力FC,振动弦-梁体20的张紧程度发生变化，此时压电材料的检测体42由于共振状态下被挤压力产生压电电压信号会对外部检测的变化信号更敏感，即共振频率的偏移量即可作为FC引入的对应变化量，从而得出FC,进而测得转动结构体10转动的速度ω。
[0098] 进一步地，如图26所示，检测体42采用压电材料，调节体43采用磁致伸缩材料，当第一激励体441采用永磁激励、第二激励体442采用电磁激励时，调节体43也会发生振动，调节体43能够产生伸长与缩短，当转动结构体10转动产生科里奥利力FC,振动弦-梁体20的张紧程度发生变化，此时压电材料的检测体42由于共振状态下被挤压产生对应FC的力电信号，从而得出FC,进而测得转动结构体10转动的速度ω。
[0099] 当检测体42采用压电材料，调节体43采用压电材料，第一激励体441采用静电压激励、第二激励体442采用交变电压激励，调节体43能够出现伸长或缩短，转动结构体10转动产生科里奥利力FC,振动弦-梁体20的张紧程度发生变化，此时检测体42由于被挤压力产生对应FC的力电信号，从而得出FC,进而测得转动结构体10转动的速度ω。
[0100] 当检测体42采用磁致伸缩材料，调节体43采用压电材料，第一激励体441采用静电压激励、第二激励体442采用交变电压激励，调节体43能够出现伸长或缩短，转动结构体10转动产生科里奥利力FC,振动弦-梁体20的张紧程度发生变化，此时检测体42由于被挤压产生对应FC的力磁信号，信号检测部件优选采用感应线圈或者磁电材料，从而得出FC,进而测得转动结构体10转动的速度ω。
[0101] 如图26所示，当检测体42采用磁致伸缩所材料，调节体43采用磁致伸缩材料，当第一激励体441采用永磁激励、第二激励体442采用电磁激励时，形成交变电磁激励，调节体43能够出现伸长或收缩，当转动结构体10转动产生科里奥利力FC,涨紧程度发生变化，检测体42由于被挤压也会产生对应FC的力磁信号，从而测得FC，进而测得转动结构体10转动的速度ω，信号检测部件优选采用感应线圈或者磁电材料。
[0102] 另外，由于这种结构设置，如图26，检测体42对振动后的振动弦-梁体20轴向张紧力或拉压力，或刚度(通过频率变化可以测出，即等效于测评率)，由于引入FC而对应的变化量值，都可用于检测FC，进而获得转动角速度ω。
[0103] 进一步地，为使振动弦-梁体20振动的变化量被更为精确的测量，固定器40可以采用多种结构形式，如图27所示，固定器40为分体结构，能够通过调节固定器40进而调节振动弦-梁体20的张紧程度，从而能够提高测量的精度，在一个优选例中，固定器40为带有通孔的螺栓螺母的结构，通过旋松或旋紧螺栓能够调节振动弦-梁体20的张紧程度；在一个变化例中，固定器40为两侧带有楔形槽的分体结构，通过向楔形槽插入楔形块驱使楔形槽两侧远离或拔出楔形块使楔形槽两侧靠近从而调节振动弦-梁体20的张紧程度。
[0104] 另外，如图26所示，转动结构体10下端也设置有调节体43，也可以通过其周边的振动激励体44加载磁场强度的大小来控制，调节体43的磁致伸缩量的大小，从而可以进行振动弦-梁体20的张紧程度的微调。
[0106] 所述的电场体是指一种可以被施加高压电场而能产生极化电性的物体，该物体可以带正电荷或负电荷，或层间绝缘的不同层面带同性或异性电荷；如电容极板、驻极体、或机体材料的涂层上带极性电荷；PVDF材料。
[0107] 所述的电流体是指导电体，导体两端施加电压后导电体中有电流；另外该电流体表面进而可以有涂层，涂层上可以带有极化电荷。如外涂层铜线，内部有电流通过，外部涂层有极化电荷。
[0109] 所述的磁电体是指该物体在施被加磁场后产生电信号；如磁致伸缩材料和压电材料符合的材料体，磁致伸缩材料感受磁场后伸缩传导力到压电材料，致使压电材料产生相应的电信号。
[0110] 所述的力电体是指该物体在被施加力后产生电信号；如压电材料、PVDF材料体，对压电材料施加外力，致使压电材料产生相应的电信号。
[0111] 所述的力磁体是指该物体在被施加力后产生磁场；如磁致伸缩材料体，对磁致伸缩材料施加外力，致使磁致伸缩材料产生相应的磁场。
[0112] 所述光电体是指某种材料或某种物体在收到外部光照，如激光时，本身会产生由于激光光压的作用，产生激振力，从而产生振动；激光照到已经振动的振动弦-梁体20，激光照射在振动弦-梁体20上的强度发生变化，例如振动弦-梁体20采用光敏材料时，振动弦-梁体20的电阻或电参量变化，因而能够通过检测振动弦-梁体20的电阻或电参量变化信号获得相应的数值，从而实现转动结构体10角速度ω的的检测。
[0113] 结合图1、图2、图3、图4、图5，本发明转动角速度ω的测量原理如下：
[0114] 方式一：如图1、图2、图3所示，激振体30提供驱动力驱使振动弦-梁体20振动，振动的平动速度为V，当转动结构体10以角速度ω的方向为振动弦-梁体20的初始轴线的方向或为与振动弦-梁体20的初始轴线方向相垂直的方向发生转动时，振动弦-梁体20在科里奥利力FC(ω)作用下，会由于自身的运动或变形而与转动结构体10或者转动结构体10上设置的信号检测部件之间发生相对位置变化，因而产生伴随的电、磁、电磁或光电信号的变化，通过对转动结构体10上的信号检测部件的电、磁、电磁、静电或光电信号的检测能够检测得出Δa(ω)和Δθ(ω)，即FC变化量对应的电、磁、电磁或光电信号，求得FC的值。根据科里奥利力计算关系式FC＝-2mωv(其中m为给定的振动弦-梁体20质量，V为初始给定的振动弦-梁体20上被侧点垂直轴向运动的速度)，从而得出转动的速度ω。
[0115] 方法二：激振体30提供驱动力驱使振动弦-梁体20振动，振动的平动速度为V，当转动结构体10以角速度ω的方向为振动弦-梁体20的初始轴线的方向或为与振动弦-梁体20的初始轴线方向相垂直的方向发生转动时，振动弦-梁体20由于科里奥利力FC变化而变形，振动弦-梁体20采用压电材料、磁致伸缩材料、电致伸缩材料、碳纳米管、巨磁电阻材料、光纤材料中的任一种或任多种组合，或与结构材料的组合，例如硅材料，再例如金属材料，再例如塑料，因而振动弦-梁体20产生伴随自身变形的电、磁、电磁或光电信号变化，通过电、磁、电磁、或光电信号的检测方法，能够检测得出Δa(ω)和Δθ(ω)，即FC变化量对应的电磁信号，从而得出转动的速度ω。
[0116] 方法三：振动弦-梁体20自身驱动产生振动，振动的平动速度为V，当转动结构体10以角速度ω的方向为振动弦-梁体20的初始轴线的方向或为与振动弦-梁体20的初始轴线方向相垂直的方向发生转动时，振动弦-梁体20采用压电材料、磁致伸缩材料、电致伸缩材料中的任一种或任多种组合，或与结构材料的组合，例如硅材料，再例如金属材料，又例如塑料。由于压电材料、磁致伸缩材料、电致伸缩材料施加电磁信号后自身可以被驱动变形而产生振动，此时振动弦-梁体20由于科里奥利力FC变化而变形，因而振动弦-梁体20产生伴随自身变形的电、磁或电磁信号发生变化，通过电、磁或电磁信号的检测方法，由于振动弦-梁体20产生产生的电、磁或电磁信号对应于FC，因此能够直接检测得出对应FC变化量的电磁信号，即可得到FC的量，从而得出转动的速度ω。
[0117] 方法四：激振体30提供驱动力驱使振动弦-梁体20振动或者振动弦-梁体20自身驱动产生振动，当转动结构体10以角速度ω的方向为振动弦-梁体20的初始轴线的方向或为与振动弦-梁体20初始轴线方向相垂直的方向转动时，振动弦-梁体20由于科里奥利力FC变化而变形，振动弦-梁体20变形后的刚度也发生变化，通过直接检测振动弦-梁体20的刚度，或振动弦-梁体20的所收到的拉压频率、振动频率的变化即测量振动弦-梁体20在转动结构体10转动前后所对应刚度的变化量检测，振动频率变化量检测，或通过检测振动弦-梁体20轴向拉压力变化量检测，可以得出对应FC的施加量或变化量，从而得出转动的速度ω。
[0118] 方法五：如图5所示，激振体30提供驱动力与振动弦-梁体20自身驱动力同时存在并相互作用驱使振动弦-梁体20产生振动，基于洛伦兹力或安培力的原理，当激振体30提供静磁场或交变磁场，同时振动弦-梁体20通入交变电流或直流，那么振动弦-梁体20会沿着振动弦-梁体20轴向方向的垂直方向上产生振动，此时振动弦-梁体20产生振动，平动速度为V，当转动结构体10以角速度ω的方向为振动弦-梁体20的初始轴线的方向或为与振动弦-梁体20的初始轴线方向相垂直的方向发生转动时，振动弦-梁体20在科里奥利力FC(ω)作用下，会由于自身的运动或变形而与转动结构体10或者转动结构体10的信号检测部件之间发生相对位置变化，具体地，转动结构体10的转动角速度ω有以下三种检测方式：
[0119] 1、如图5所示，当振动弦-梁体20为一根导线时，当激振体30提供静磁场，振动弦-梁体20通入交变电流，由于安培力或洛伦兹力，振动弦-梁体20产生振动伴随着拉压频率以及刚度的变化信号，通过测量振动弦-梁体20在转动结构体10转动前后所对应刚度的变化量检测，振动频率变化量检测，或通过检测振动弦-梁体20轴向拉压力变化量检测，可以得出对应FC的施加量或变化量，从而得出转动的速度ω。
[0120] 2、如图5所示，当振动弦-梁体20为内部为有电流通过的导体芯，其外涂覆层或包裹层上施加静电制成电场体，即振动弦-梁体20为芯部为电流导体，外层为静电体材料体。当对振动弦-梁体20为通入交流电时，激振体30施加静磁场，振动弦-梁体20在洛伦兹力或安培力的作用下产生振动；因此，通过检测转动结构体10转动前后转动结构体10的信号检测部件与振动弦-梁体20外层静电场间静电电压变化量，可获得振动弦-梁体20振动变化的Δa(ω)和Δθ(ω)，即FC变化量对应的静电信号，从而得出转动的速度ω。
[0121] 3、当振动弦-梁体20为内部为有电流通过的导体芯，其外涂覆层或包裹层上为磁性材料，当对振动弦-梁体20为通入交流电时，激振体30施加静磁场，振动弦-梁体20产生振动，在洛伦兹力或安培力的作用下振动弦-梁体20产生振动；因此，转动结构体10上的磁场信号检测部件与振动弦-梁体20外层磁场距离发生变化，通过检测转动结构体10转动前后转动结构体10的信号检测部件与振动弦-梁体20外层磁场磁信号的变化量，因而产生伴随的磁信号的变化，通过电磁检测，能够检测得出Δa(ω)和Δθ(ω)，即FC变化量对应的磁信号，求得FC值。
[0122] 除此之外，如图9中，两个或两个以上的振动弦-梁体20都是弹性结构，比如振动弦-梁体20的数量为两个，两根振动弦-梁体20所带静电极性相同或相反，对其中一个施加交变电压激励时，另外一个也会受到吸力或斥力，由于作用力和反作用力，此时两根振动弦-梁体20会产生振动，两根振动弦-梁体20同时振动，当转动结构体10转动时，两根振动弦-梁体20产生一个复合或叠加的振型变化，该两根复合或叠加的振型变化的振动弦-梁体20之间的电信号会发生对应FC发生变化，进而得到FC的量，从而得出转动的速度ω。
[0123] 除此之外，如图9所示，当转动结构体10上设置有磁场激振体30，同时两个振动弦-梁体20都是弹性结构并且带有电荷极性相同或相反，当对其中一个振动弦-梁体20施加电流时，由于安培力或洛伦兹力的作用时，该振动弦-梁体20会产生振动，两根振动弦-梁体20之间会产生静电场或静电压，由于科里奥利力的作用，使两根振动弦-梁体20对应的振型发生变化而使得两根振动弦-梁体20之间的电压或电势差发生对应FC的变化，因此可以测出FC,进而得出转动的速度ω；或两个两根振动弦-梁体20的振型相对转动结构体10的静电信号检测部件对应的空间位置变化，引起的静电检测信号的变化对应FC的变化，进而检测FC和ω。
[0124] 如图9所示，当转动结构体10设置有磁场激振体30，同时两个振动弦-梁体20都是弹性结构并且带有极性相同或相反的磁性材料，当对其中一个振动弦-梁体20施加电流信号或交变电流信号时，由于安培力或洛伦兹力的作用，则两个振动弦-梁体20产生振动，此时当转动结构体10转动，由于科里奥利力的作用，振动弦-梁体20的振型发生变化，两根振动弦-梁体20对应的振型发生变化而使得两根振动弦-梁体20之间的磁场发生对应FC的变化，因此可以测出FC，进而求得ω；或两根振动弦-梁体20之间的的振型相对转动结构体10的磁场信号检测部件对应的空间位置变化，引起的磁场检测信号的变化对应FC的变化，进而检测FC，从而求出ω。
[0125] 由此可见，本发明能够通过多种方式、多种结构形式及材质的组合进行设计检测，设计灵活，应用范围广泛。
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