我们以一个单轴偏航陀螺仪为例,探讨较简单的工作原理(图1)。两个正在运动的质点向相反方向做连续运动,如蓝色箭头所示。只要从外部施加一个角速率,就会产生一个与质点运动方向垂直的科里奥利力,如图中黄色箭头所示。产生的科里奥利力使感应质点发生位移,位移大小与所施加的角速率大小成正比。因为传感器感应部分的运动电极(转子)位于固定电极(定子)的侧边,上面的位移将会在定子和转子之间引起电容变化,因此,在陀螺仪输入部分施加的角速率被转化成一个专门使用电路可以检测的电参数。陀螺仪分为机械式、激光式和光纤式三大类,各自具有独特的优势和局限性。江西惯性导航系统供应商

航向姿态系统是一种测量、显示飞机航向角、俯仰角和滚转角的飞行仪表。它由全姿态陀螺仪、磁航向传感器或天文罗盘和全姿态指示器组成。全姿态陀螺仪主要由航向陀螺和垂直陀螺(一种陀螺地平仪)组成。这两个陀螺仪均装在随动环内,所以在飞机机动飞行时既能使航向陀螺的外环轴始终保持在地垂线方向上,又能使垂直陀螺的转子轴和外环轴始终保持正交,以保证全姿态陀螺仪提供正确的航向、俯仰、倾侧姿态信息。按驱动陀螺轮运转的分类方式有:电动和气动。按姿态角测量分类方式有:摩擦式电位器(通过测量模拟电压的大小来计算出姿态角)和非接触式容栅传感器 ;对于角速度传感器,很多人可能会比较陌生,不过,如果提到它的另一个名字——陀螺仪,相信有不少人知道。自动化采煤陀螺仪定制价格随着MEMS技术的成熟,微型陀螺仪逐渐成为市场主流,应用于各种消费电子产品。

陀螺仪其他领域的应用:在航空航天以及特种武器中,陀螺仪作为惯性制导系统的重要组成部分,用于测量和控制飞行物体的转弯角度和航向指示。此外,陀螺仪还应用于虚拟现实设备中,通过检测用户的头部运动,实现更自然的视觉交互体验。总之,陀螺仪通过其独特的角动量守恒特性,在多个领域和设备中发挥着不可或缺的作用,从提升游戏体验到增强导航精度,再到实现更稳定的拍照功能,陀螺仪技术的应用普遍且重要。让我们回溯至机械转子式陀螺仪的诞生。1850年,法国物理学家J.Foucault在探索地球自转的过程中,发现高速旋转的转子在没有外力作用下,其自转轴会始终指向一个固定的方向,因此他将这种装置命名为陀螺仪。陀螺仪一经问世,便在航海领域大放异彩,随后又在航空领域发挥了不可替代的作用。因为在万米高空,只凭肉眼很难辨别方向,而飞行中一旦失去方向感,其危险性可想而知。
陀螺仪的应用场景,惯性导航,在航空航天事业中普遍应用,配合GPS提高导航精度(感知方向/速度的改变),已知起始位置/朝向,将每个时刻的运动方向与朝向,通过积分运算后得到较终的朝向、位置信息。惯性姿态计算,体感操作(和平精英)、手势控制(Smart Car教育机器人)、空间音频(Airpods)、头部追踪(VR/AR头显)、飞控(无人机)、稳定(稳定器)。手机应用:计步、摄像头防抖、横竖屏感应切换、抬屏显示、360°视图显示(可以根据手机的方位与角度查看不同视角,eg.星空APP)、摇一摇在航天器、飞机、导弹等航空航天器材中,陀螺仪用于测量和控制姿态,确保飞行和导航的精确性和安全性。

这个黑色的小方块有着一个名字,叫做“微机电陀螺仪”。微机电陀螺仪虽然也叫陀螺仪,但无论是外在还是内在,都与陀螺没有什么关系,它之所以能够测定物体的姿态,是利用了科里奥利力。科里奥利力是由法国气象学家科里奥利所提出的,简言之就是在一个旋转的系统里,如果有一个直线移动的物体,那么就会受到这个旋转系统的影响,移动路线发生偏转,变为一条曲线。地球在自转,所以地球就是这样一个旋转系统,由于地球自西向东旋转,所以在北半球,不论从哪个方向吹来的风,都会向右偏转,而在南半球则恰好相反,风会向左偏。陀螺仪作为现代导航和控制技术中的重要组成部分,为多个领域的精确测量和定位提供了不可或缺的支持。江西惯性导航系统供应商
未来,陀螺仪将进一步融合人工智能技术,实现更智能、更高效的数据处理和应用。江西惯性导航系统供应商
主要工作原理:角动量守恒定律,角动量守恒定律是指系统所受合外力矩为零时系统的角动量保持不变。角动量的定义:物体矢径和其动量的叉积:(1)矢量的计算:叉积和点积,假设a、b为两个矢量,之间的夹角为θ,则点积:a · b = abcosθ(标量),叉积:a x b = absinθ(矢量,方向由右手螺旋定则决定,四指由a弯向b,大拇指方向即为叉积方向)。(2)角动量计算:物体矢径和动量的叉积,r为矢径,数值为物体到旋转中心的距离,方向为旋转中心指向物体的方向矢量;p为动量,数值为物体质量与线速度的乘积p=mv,方向为线速度v的方向;以该图的方向为例,依据角动量公式,可以得到角动量L的方向为竖直向上。(3)陀螺的角动量守恒,假设一个陀螺不受空气阻力(合外力力矩=0),陀螺与地面的接触面无限小(矢径=0),则角动量的合力矩为0,即角动量守恒。江西惯性导航系统供应商