陀螺仪是什么?陀螺仪器较早是用于航海导航,但随着科学技术的发展,它在航空和航天事业中也得到普遍的应用。陀螺仪器不只可以作为指示仪表,而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件,即可作为信号传感器。根据需要,陀螺仪器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号,以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线飞行,而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中,则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制。与其他传感器(如加速度计)相结合,陀螺仪能实现更为精确的姿态解算。甘肃惯导作用
另一个内部万向节安装在陀螺仪框架(外部万向节)中,以便围绕其自身平面的轴方向进行枢轴转动,且该轴方向总是垂直于陀螺仪框架(外部万向节)的枢轴线。由此这个内部万向节可以在两个角度上自由旋转。中心轮盘的旋转轴向就是旋转轴。转子被限制为绕着一个总是垂直于内部万向节的轴方向上旋转。所以转子可以在三个角度上自由旋转,其轴只有两个。中心轮盘出入轴上所施加的力会通过输出轴上的反作用力相应反馈出来。通过自行车的前轮,就可以很容易理解这些陀螺仪的运行。如果车轮偏离垂直方向,使车轮顶部向左移动,车轮的前缘也会向左转动。换句话说,在一个转动的轮盘的轴上的旋转会产生第三个轴上的旋转。甘肃惯导作用陀螺仪的工作原理基于角动量守恒定律,通过测量旋转部件的惯性变化来计算物体的角度和方向。
陀螺仪的发展历程:机械式 → 小型芯片状。1850年,法国物理学家,莱昂·傅科,发现高速转动中的转子由于惯性作用,其旋转轴永远指向固定方向,故用希腊字gyro(旋转)和skopein(看)来命名这种设备,即陀螺仪(gyro scope),并利用陀螺仪验证了地球的自转运动。1908年,德国科学家,赫尔曼·安许茨·肯普费,设计一种单转子摆式陀螺,该系统可以凭借重力力矩自动寻找方向,解决了舰船导航的问题。二战期间,德国,利用陀螺仪,为V-2火箭装备了惯性制导系统,实现陀螺仪技术在导弹制导领域的初次应用。使用陀螺仪确定方向和角速度,使用加速度计计算加速度,计算得出飞弹飞行的距离与路线,同时控制飞行姿态,以争取让飞弹落到想去的地方
换句话说,平台开发商可利用较新的MEMS技术,将惯性传感器与较传统的GPS系统配合使用,能够在卫星信号很弱的高楼林立的市区或根本没有信号的室内或地铁环境中提供导航服务。在不久的将来,准确的方位信息与服务厂商提供的附加中间数据将会整合在一起,并显示在用户的手机显示屏幕上,这种定位关联服务将会为手机用户带来好处,例如,手机用户可以获得位于某一个购物中心内的所有商铺的准确信息,找到想要购买的产品的方位提示,接收根据用户兴趣订制的商品特价和打折信息。地下勘探、隧道挖掘等领域,陀螺仪有助于精确测量地下的空间结构和方向。
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。陀螺仪在机器人领域具有重要作用,帮助机器人实现复杂动作和精确控制。山西惯导定制
光纤陀螺仪具有抗电磁干扰、体积小、重量轻等特点,适用于复杂环境下的精确测量。甘肃惯导作用
其稳定性随以下的物理量而改变:1、转子的转动惯量愈大,稳定性愈好;2、转子角速度愈大,稳定性愈好。所谓的“转动惯量”,是描述刚体在转动中的惯性大小的物理量。当以相同的力矩分别作用于两个绕定轴转动的不同刚体时,它们所获得的角速度一般是不一样的,转动惯量大的刚体所获得的角速度小,也就是保持原有转动状态的惯性大;反之,转动惯量小的刚体所获得的角速度大,也就是保持原有转动状态的惯性小。进动性,当转子高速旋转时,若外力矩作用于外环轴,陀螺仪将绕内环轴转动;若外力矩作用于内环轴,陀螺仪将绕外环轴转动。其转动角速度方向与外力矩作用方向互相垂直。这种特性,叫做陀螺仪的进动性。进动性的大小有三个影响的因素:1、外界作用力愈大,其进动角速度也愈大;2、转子的转动惯量愈大,进动角速度愈小;3、转子的角速度愈大,进动角速度愈小。甘肃惯导作用