我們以一個(gè)單軸偏航陀螺儀為例,探討較簡(jiǎn)單的工作原理(圖1)。兩個(gè)正在運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)向相反方向做連續(xù)運(yùn)動(dòng),如藍(lán)色箭頭所示。只要從外部施加一個(gè)角速率,就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向垂直的科里奧利力,如圖中黃色箭頭所示。產(chǎn)生的科里奧利力使感應(yīng)質(zhì)點(diǎn)發(fā)生位移,位移大小與所施加的角速率大小成正比。因?yàn)閭鞲衅鞲袘?yīng)部分的運(yùn)動(dòng)電極(轉(zhuǎn)子)位于固定電極(定子)的側(cè)邊,上面的位移將會(huì)在定子和轉(zhuǎn)子之間引起電容變化,因此,在陀螺儀輸入部分施加的角速率被轉(zhuǎn)化成一個(gè)專門使用電路可以檢測(cè)的電參數(shù)。陀螺儀可以用于智能手機(jī)和游戲設(shè)備的姿態(tài)感應(yīng)和運(yùn)動(dòng)控制,提供更好的用戶體驗(yàn)。江蘇自動(dòng)化采煤航姿儀
不過(guò),從此以后,以陀螺儀為主要的慣性制導(dǎo)系統(tǒng)就被普遍應(yīng)用于航空航天,這里的導(dǎo)彈里面依然有這套東西,而隨著需求的刺激,陀螺儀也在不斷進(jìn)化。傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要是指機(jī)械式的陀螺儀,機(jī)械式的陀螺儀對(duì)工藝結(jié)構(gòu)的要求很高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,它的精度受到了很多方面的制約。自從上個(gè)世紀(jì)七十年代以來(lái),現(xiàn)代陀螺儀的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。1976年等提出了現(xiàn)代光纖陀螺儀的基本設(shè)想,到八十年代以后,現(xiàn)代光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發(fā)展,與此同時(shí)激光諧振陀螺儀也有了很大的發(fā)展。廣西慣性導(dǎo)航系統(tǒng)定制價(jià)格陀螺儀的誤差來(lái)源包括溫度、濕度、振動(dòng)等,研究人員致力于降低這些因素的影響。
在系統(tǒng)方面,陀螺儀的信號(hào)調(diào)節(jié)電路可簡(jiǎn)化為電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分和加速傳感器感應(yīng)電路兩部分(圖2): - 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分通過(guò)靜電激勵(lì)方法,使驅(qū)動(dòng)電路前后振蕩,為機(jī)械元件提供勵(lì)磁;感應(yīng)部分通過(guò)測(cè)量電容變化來(lái)測(cè)量科里奧利力在感應(yīng)質(zhì)點(diǎn)上產(chǎn)生的位移,這是一個(gè)穩(wěn)健、可靠的技術(shù),被成功地用于ST的MEMS產(chǎn)品線,能夠提供強(qiáng)度與施加在傳感器上的角速率成正比的模擬或數(shù)字信號(hào)。 在控制電路內(nèi)部有先進(jìn)的電源關(guān)斷功能,當(dāng)不需要傳感器功能時(shí),可關(guān)閉整個(gè)傳感器,或讓其進(jìn)入深度睡眠模式,以大幅降低陀螺儀的總功耗,當(dāng)需要檢測(cè)傳感器上施加的角速率時(shí),在接到用戶的命令后,傳感器可從睡眠模式中立即喚醒。
單自由度陀螺儀給陀螺增加了一個(gè)自由度,共有兩個(gè)自由度。單自由度陀螺儀模型如圖3所示,x、y、z分別為陀螺儀的三個(gè)周,x方向沒(méi)有自由度。轉(zhuǎn)子飛速轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)量H沿z軸方向。當(dāng)基座繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)或y軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),由于內(nèi)框架具有隔離運(yùn)動(dòng)作用,轉(zhuǎn)子不會(huì)隨著基座的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)基座繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),內(nèi)框架軸有一對(duì)力F作用在內(nèi)框架軸的兩端,形成力矩M_x,方向沿x軸方向。由于陀螺儀沒(méi)有該方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度,力矩M_x使陀螺儀繞內(nèi)框架進(jìn)動(dòng),沿y軸方向??傊?,單自由度陀螺儀可敏感缺少自由度方向的角速度。陀螺儀在空間站、衛(wèi)星等航天器中,為姿態(tài)控制和軌道測(cè)量提供關(guān)鍵支持。
人們利用陀螺的力學(xué)性質(zhì)所制成的各種功能的陀螺裝置稱為陀螺儀(gyroscope),它在航海、航天、特種等各個(gè)領(lǐng)域有著普遍的應(yīng)用。比如:回轉(zhuǎn)羅盤、定向指示儀、炮彈的翻轉(zhuǎn)、陀螺的章動(dòng)等。陀螺儀的種類很多,按用途來(lái)分,它可以分為傳感陀螺儀和指示陀螺儀。傳感陀螺儀用于飛行體運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中,作為水平、垂直、俯仰、航向和角速度傳感器。指示陀螺儀主要用于飛行狀態(tài)的指示,作為駕駛和領(lǐng)航儀表使用。陀螺儀還可分為壓電陀螺儀,微機(jī)械陀螺儀,光纖陀螺儀和激光陀螺儀,它們都是電子式的,并且它們可以和加速度計(jì),磁阻芯片,GPS,做成慣性導(dǎo)航控制系統(tǒng)。陀螺儀作為現(xiàn)代導(dǎo)航和控制技術(shù)中的重要組成部分,為多個(gè)領(lǐng)域的精確測(cè)量和定位提供了不可或缺的支持。高精度航姿儀行價(jià)
光纖陀螺儀利用光纖環(huán)路的Sagnac效應(yīng),通過(guò)檢測(cè)相位差來(lái)獲得角速度信息。江蘇自動(dòng)化采煤航姿儀
陀螺儀有什么用?1、導(dǎo)航。陀螺儀自被發(fā)明開(kāi)始,就用于導(dǎo)航,先是德國(guó)人將其應(yīng)用在V1、V2火箭上,因此,如果配合GPS,手機(jī)的導(dǎo)航能力將達(dá)到前所未有的水準(zhǔn)。實(shí)際上,目前很多專業(yè)手持式GPS上也裝了陀螺儀。2、可以和手機(jī)上的攝像頭配合使用,比如防抖,這會(huì)讓手機(jī)的拍照攝像能力得到很大的提升。3、各類游戲的傳感器 ,比如飛行游戲、體育類游戲,甚至包括一些頭一視角類射擊游戲,陀螺儀完整監(jiān)測(cè)游戲者手的位移,從而實(shí)現(xiàn)各種游戲操作效果。4、可以用作輸入設(shè)備,陀螺儀相當(dāng)于一個(gè)立體的鼠標(biāo),這個(gè)功能和第三大用途中的游戲傳感器很類似,甚至可以認(rèn)為是一種類型。江蘇自動(dòng)化采煤航姿儀