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。辽宁惯导行价
各种陀螺仪的应用:陀螺仪发明后首先应用在飞机上,后来又被用在导弹上,采用陀螺仪确定方向和角度,就可计算出飞行路线,从而进行姿态控制。手机陀螺仪就是把机械陀螺仪缩小了装在手机主板上的,其实我也是这么想的,但永远不要低估科技的力量,现在都发展到有激光陀螺仪,光纤陀螺仪,以及微机电陀螺仪,虽然还叫陀螺仪,但其原理跟机械陀螺仪完全不一样,激光陀螺仪的原理是利用光程差来测量旋转角速度,在闭合光路中,由同一光源发出的沿顺时针方向和反时针方向传输的两束光和光干涉,利用检测相位差或干涉条纹的变化,就可以测出闭合光路旋转角速度。主要用于航空,航天,国家防护等档次高领域。上海综采工作面航姿仪陀螺仪可以用于运动追踪和姿态识别,如体育训练、虚拟现实等领域。
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)。
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。陀螺仪器的应用范围是相当普遍的,它在现代化的国家防护建设和国民经济建设中均占重要的地位。基本上陀螺仪是一种机械装置,其主要部分是一个绕旋转轴以极高角速度旋转的转子,转子装在一支架内;在通过转子中心轴XX1上加一内环架,那么陀螺仪就可环绕平面两轴作自由运动;然后,在内环架外加上一外环架,则这个陀螺仪有两个平衡环,可以环绕平面 [2]三轴作自由运动,成为一个完整的太空陀螺仪(space gyro)。陀螺仪的应用范围普遍,包括航空航天、导航系统、惯性导航仪、无人机、汽车稳定控制等领域。
明白了科里奥利力,就可以来说说微机电陀螺仪了。微机电陀螺仪内的主体就是一个质量块,这个质量块会在交替变化的电压作用下做来回振荡运动,这种运动本质上就是一种直线运动,当陀螺仪开始转动时,受科里奥利力的影响,这个水平振荡的陀螺仪就会发生偏转,也就是说此时它不只有水平运动,还有垂直运动。运动方式的改变会使电容值发生微小的变化,而通过感知这种微小的变化就可以了解物体姿态的变化。当然,单个微机电陀螺仪只能感知一个方向上的姿态变化,但在手机中装上两三个,就能够全方面准确识别手机的姿态,毕竟这个东西很小,也不占什么地方。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。辽宁惯导行价
陀螺仪工作原理基于角动量守恒定律,旋转物体在无外力矩作用时,旋转轴保持稳定。辽宁惯导行价
陀螺仪的基本部件有:(1) 陀螺转子(常采用同步电机、磁滞电机、三相交流电机等拖动方法来使陀螺转子绕自转轴高速旋转,并见其转速近似为常值)(2) 内、外框架(或称内、外环,它是使陀螺自转轴获得所需角转动自由度的结构)(3) 附件(是指力矩马达、信号传感器等)。基本类型,根据框架的数目和支承的形式以及附件的性质决定陀螺仪的类型有:三自由度陀螺仪(具有内、外两个框架,使转子自转轴具有两个转动自由度。在没有任何力矩装置时,它就是一个自由陀螺仪)。二自由度陀螺仪(只有一个框架,使转子自转轴具有一个转动自由度)。辽宁惯导行价