谁能讲讲陀螺仪的原理?机械转子式陀螺仪的主要构造是高速旋转的陀螺转子和陀螺主轴。通过在陀螺主轴上安装内环架,即可构成单自由度陀螺仪(总共两自由度)。若再在外环架之外添加一环,则形成双自由度陀螺仪(共有三自由度)。再辅以驱动陀螺转子高速旋转的力矩马达和信号传感器等组件,一个完整的陀螺仪就诞生了。机械转子陀螺仪主要依赖角动量守恒定律中的定轴性和进动性两大特性来进行角速度测量。(1)定轴性指的是陀螺转子在高速旋转且没有外力作用时,其自转轴在惯性空间中会保持稳定不变的指向,即始终指向一个固定的方向。(2)进动性则表现为当陀螺转子高速旋转时,若外力矩作用于外环轴,陀螺主轴将绕内环转动;若外力矩作用于内环轴,陀螺主轴将绕外环转动。这种转动角速度的方向与外力矩的作用方向是相互垂直的。陀螺仪根据工作原理和应用领域可以分为机械式和激光陀螺仪两类。湖北陀螺仪安装
作为稳定器,陀螺仪器能使列车在单轨上行驶,能减小船舶在风浪中的摇摆,能使安装在飞机或卫星上的照相机相对地面稳定等等。作为精密测试仪器,陀螺仪器能够为地面设施、矿山隧道、地下铁路、石油钻探以及导弹发射井等提供准确的方位基准。陀螺仪在生活和特种领域都有重要作用。小到手机,大到卫星,都能见到它的身影。飞行器姿态控制是陀螺特性的重要应用,是定轴性的体现。垂直陀螺仪给飞行器建立地垂线基准,道理很简单,飞行器在空中飞行过程中,不管姿态如何改变,垂直陀螺仪始终指向垂直方向不变,从而提供有关姿态角的信息。当然,由于陀螺自身漂移和环境变化,需要修正装置随时校准修正。云南船用航姿仪在飞行器制导系统中,陀螺仪发挥关键作用,确保飞行器按预定航线飞行。
一个接近真实MEMS陀螺仪的结构如下图所示。外侧的蓝色与黄色部分别为驱动电极,它们通过施加交变电压来驱动内部的红色质量块及红色测量电极沿着特定方向做往返运动。红色质量块通过具有弹簧性质的绿色长条结构与基底相连,而红色的短栅与内侧蓝色的短栅则构成了电容的极板。当基底发生旋转时,质量块在科里奥利力的作用下会产生垂直方向的运动。这种运动的幅值与施加的角速度成正比。通过测量质量块上的红色电极与固定在底座上的蓝色电极之间的电容变化,我们就可以得到角速度的大小。
陀螺仪到底有什么用呢?可以和手机上的摄像头配合使用,比如防抖,这会让手机的拍照摄像能力得到很大的提升。各类游戏的传感器,比如飞行游戏,体育类游戏,甚至包括一些头一视角类射击游戏,陀螺仪完整监测游戏者手的位移,从而实现各种游戏操作效果。有关这点,想必用过任天堂WII的兄弟会有很深的感受。可以用作输入设备,陀螺仪相当于一个立体的鼠标,这个功能和第三大用途中的游戏传感器很类似,甚至可以认为是一种类型。也是未来较有前景和应用范围的用途。陀螺仪的测量数据具有实时性和连续性,为动态环境下的控制提供可靠依据。
人们利用陀螺的力学性质所制成的各种功能的陀螺装置称为陀螺仪(gyroscope),它在航海、航天、特种等各个领域有着普遍的应用。比如:回转罗盘、定向指示仪、炮弹的翻转、陀螺的章动等。陀螺仪的种类很多,按用途来分,它可以分为传感陀螺仪和指示陀螺仪。传感陀螺仪用于飞行体运动的自动控制系统中,作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器。指示陀螺仪主要用于飞行状态的指示,作为驾驶和领航仪表使用。陀螺仪还可分为压电陀螺仪,微机械陀螺仪,光纤陀螺仪和激光陀螺仪,它们都是电子式的,并且它们可以和加速度计,磁阻芯片,GPS,做成惯性导航控制系统。机械式陀螺仪的结构简单,制造成本低,但精度相对较低,适用于中低精度场合。湖北惯导现货直发
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。湖北陀螺仪安装
振动陀螺仪,MEMS陀螺仪因其体积小、成本低、易批量生产等优势,现阶段已基本占据低精度市场,随着工艺水平、计算机技术和数据算法的不断发展,其精度性能有望实现质的突破,进入惯性级陀螺仪应用领域。半球谐振陀螺仪较好地满足理想惯性传感器的性能指标,在成功应用到空间领域的基础上,向航海领域的推广已成为必然趋势,例如,法国已将半球谐振陀螺仪作为新一代海洋导航定位系统的主要惯性导航设备,赛峰电子与防务公司基于HRG Crystal技术研发的布卢·瑙特(BlueNaute)系列惯性导航系统,已开始应用到工程船舶、科考船和海警船等载体上[20];另外,结合新型制作工艺,大力开发基于MEMS技术的微半球谐振陀螺仪(micro-HRG, MHRG)也是未来的热点研究方向。湖北陀螺仪安装