陀螺仪的基本构成(以机械式陀螺仪为例):(1)转子:常使用电机(比如同步电机、磁滞电机、三相交流电机等)驱动陀螺转子绕其自转轴高速旋转,并使其转速近似保持为常值;(2)自转轴;(3)万向坐标系(内、外环):使陀螺自转轴获得所需角转动自由度;(4)力矩马达、信号传感器等。使用陀螺仪/利用陀螺仪原理的产品/设备,惯性导航仪、体感设备(Joycon/wii等)、智能手机、穿戴设备(智能手表/手环)、飞行器/无人机、电子摄影设备、稳定器、AR/VR、机器人、游戏控制器/游戏手柄、自行车(轮子转的越快越不容易倒)。机械陀螺仪通过物体的旋转来测量角速度,而光学陀螺仪则利用光的干涉原理来测量。吉林航姿仪
陀螺仪的分类:按照转子转动的自由度分成:双自由度陀螺仪(也称三自由度陀螺仪)和单自由度陀螺仪(也称二自由度陀螺仪)。前者用于测定飞行器的姿态角,后者用于测定姿态角速度,因此常称单自由度陀螺仪为。浮子陀螺由于利用浮力支承,摩擦力矩减小,陀螺仪的精度较高,但因不能定位仍有摩擦存在。为弥补这一不足,通常在液浮的基础上增加磁悬浮,即由浮液承担浮子组件的重量,而用磁场形成的推力使浮子组件悬浮在中心位置。现代高精度的单自由度液浮陀螺常是液浮、磁浮和动压气浮并用的三浮陀螺仪。这种陀螺仪比滚珠轴承陀螺仪的精度高,漂移率为0.01度/时。但液浮陀螺仪要求较高的加工精度、严格的装配、精确的温控,因而成本较高。天津惯性导航系统厂家直销陀螺仪在科研领域也用于地质勘探、结构物监测和机器人技术的发展,扩展了其应用边界和功能。
更确切地说,一个绕对称轴高速旋转的飞轮转子叫陀螺。将陀螺安装在框架装置上,使陀螺的自转轴有角转动的自由度,这种装置的总体叫做陀螺仪。根据二自由度陀螺仪中所使用的反作用力矩的性质,可以把这种陀螺仪分成三种类型:速率陀螺仪(它使用的反作力矩是弹性力矩);积分陀螺仪(它使用的反作用力矩是阻尼力矩);无约束陀螺(它只有惯性反作用力矩);除了机、电框架式陀螺仪以外,还出现了某些新型陀螺仪,如静电式自由转子陀螺仪,挠性陀螺仪,激光陀螺仪等。
在系统方面,陀螺仪的信号调节电路可简化为电机驱动部分和加速传感器感应电路两部分(图2): - 电机驱动部分通过静电激励方法,使驱动电路前后振荡,为机械元件提供励磁;感应部分通过测量电容变化来测量科里奥利力在感应质点上产生的位移,这是一个稳健、可靠的技术,被成功地用于ST的MEMS产品线,能够提供强度与施加在传感器上的角速率成正比的模拟或数字信号。 在控制电路内部有先进的电源关断功能,当不需要传感器功能时,可关闭整个传感器,或让其进入深度睡眠模式,以大幅降低陀螺仪的总功耗,当需要检测传感器上施加的角速率时,在接到用户的命令后,传感器可从睡眠模式中立即唤醒。机械式陀螺仪利用旋转物体的稳定性原理,通过检测陀螺仪壳体的转动角速度来确定方向。
陀螺仪,简称陀螺,是用来测量、控制物体相对惯性空间角运动的惯性器件。陀螺仪传感器技术自问世以来,发展至今已有160余年历史,在导航、制导与控制等领域得到了普遍应用。随着科学理论的进步和工艺水平的不断提高,基于不同原理的陀螺仪相继出现,各国对陀螺仪精度、稳定性、可靠性、成本、体积等性能指标的不懈追求,极大地促进了陀螺仪技术的发展。陀螺仪按照工作原理可划分为:基于旋转质量陀螺效应的转子陀螺仪;基于萨奈克效应的光学陀螺仪;基于哥氏效应的振动陀螺仪;基于现代量子力学技术的原子陀螺仪。陀螺仪的工作原理是基于角动量守恒定律,即物体在没有外力作用下,角动量保持不变。云南惯导使用方法
光纤陀螺仪利用光纤环路的Sagnac效应,通过检测相位差来获得角速度信息。吉林航姿仪
1950s,美国查尔斯·史塔克·德雷伯实验室,采用液浮支撑技术,研制出液浮陀螺仪,使陀螺仪的精度达到了惯性级要求。1960s,美国罗伯特·克雷格,研制出动力调谐陀螺仪,在战术导弹和特种飞机等平台成功应用1963,美国研制出激光陀螺仪,随后将其应用到飞机与战术导弹1964,美国研制出静电陀螺仪,并于1979年将其应用于“三叉戟”弹道导弹核潜艇,使得潜艇导航能力实现质的飞跃1990s,以微机电陀螺仪(MEMS)、半球谐振陀螺仪(RG)为表示的振动陀螺仪,以及以核磁共振陀螺仪(NMRG)、原子干涉陀螺仪(AIG)为表示的原子陀螺仪快速发展。吉林航姿仪