陀螺仪分为单自由度陀螺仪与双自由度陀螺仪,双自由度陀螺仪为陀螺转子增加了两个自由度,即为双自由度陀螺仪。单自由度陀螺仪为陀螺转子增加了一个自由度。两种陀螺仪均可敏感角速度,只不过陀螺仪进动性表现不同。下面以单自由度陀螺仪解释陀螺仪敏感角速度原理。惯性器件:陀螺仪敏感角速度原理。单自由度陀螺仪内部构造。z轴为陀螺转子主轴(虚线为陀螺转子);y轴为缺少自由度的轴,也为输入轴;x轴为输出轴。由上述分析可知,x,z方向的角速度并不能使转子随着基座运动,即相对惯性空间不变;当且只当y轴方向的角速度使的转子在x轴方向进动,即相对于惯性空间运动。因此测量x轴的角速度即可测量载体在y轴的角速度。总之,单自由度陀螺仪可以敏感某一轴相对惯性空间的角速度。虚拟现实(VR)设备中,陀螺仪用于捕捉用户头部运动,提供沉浸式体验。陕西高精度航姿仪
陀螺仪,是一种用来感测与维持方向的装置,基于「角动量守恒」的理论设计出来的。陀螺仪主要是由一个位于轴心可以旋转的轮子构成,陀螺仪一旦开始旋转,由于轮子的「角动量」,陀螺仪有抗拒方向改变的趋向。陀螺仪多用于导航、定位等系统,1850 年法国的物理学家 J.Foucault 为了研究地球自转,首先发现高速转动中的转子,由于「惯性」作用它的旋转轴永远指向一固定方向,他用希腊字 gyro(旋转)和 skopein(看)两字合为 gyro scopei 一字来命名这种仪表。江西惯导作用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。
速率陀螺仪,用以直接测定运载器角速率的二自由度陀螺装置。把均衡陀螺仪的外环固定在运载器上并令内环轴垂直于要测量角速率的轴。当运载器连同外环以角速度绕测量轴旋进时,陀螺力矩将迫使内环连同转子一起相对运载器旋进。陀螺仪中有弹簧限制这个相对旋进,而内环的旋进角正比于弹簧的变形量。由平衡时的内环旋进角即可求得陀螺力矩和运载器的角速率。积分陀螺仪与速率陀螺仪的不同处只在于用线性阻尼器代替弹簧约束。当运载器作任意变速转动时,积分陀螺仪的输出量是绕测量轴的转角(即角速度的积分)。以上两种陀螺仪在远距离测量系统或自动控制、惯性导航平台中使用较多。
激光陀螺仪,它的结构原理与上面几种陀螺仪完全不同。激光陀螺实际上是一种环形激光器,没有高速旋转的机械转子,但它利用激光技术测量物体相对于惯性空间的角速度,具有速率陀螺仪的功能。激光陀螺仪的结构和工作是:用热膨胀系数极小的材料制成三角形空腔。在空腔的各顶点分别安装三块反射镜,形成闭合光路。腔体被抽成真空,充以氦氖气,并装设电极,形成激光发生器。激光发生器产生两束射向相反的激光。当环形激光器处于静止状态时,两束激光绕行一周的光程相等,因而频率相同,两个频率之差(频差)为零,干涉条纹为零。当环形激光器绕垂直于闭合光路平面的轴转动时,与转动方向一致的那束光的光程延长,波长增大,频率降低;另一束光则相反,因而出现频差,形成干涉条纹。单位时间的干涉条纹数正比于转动角速度。激光陀螺的漂移率低达0.1~0.01度/时,可靠性高,不受线加速度等的影响,已在飞行器的惯性导航中得到应用,是很有发展前途的新型陀螺仪。陀螺仪在航空航天领域的应用范围普遍,如飞行器姿态控制、惯性导航系统等。
光纤陀螺仪的原理是利用光程的变化检测出两条光路的相位差,就可以测出光路旋转角速度,主要用于航空,航海,航天和国家防护工业和农业领域。微机电陀螺仪MEMS一般会用在手机等电子产品上,通常有两个方向的可移动电容板,径向的电容板加震荡电压迫使物体做径向运动,横向的电容板测量由于横向运动带来的电容变化,所以由电容的变化可以计算出角速度。所以,陀螺仪不光是用在手机里那么简单,大到航海,航空和航天,导弹、卫星运载器,国家防护等领域,并且地面设施、矿山隧道、地下铁路、石油钻探都离不开它。在生活中汽车导行,手机,环境监控等领域都需要陀螺仪的参与。陀螺仪可以用于智能手机和游戏设备的姿态感应和运动控制,提供更好的用户体验。安徽航姿仪定制价格
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。陕西高精度航姿仪
垂直陀螺仪整个装置内部分为上下两部分,上半舱容纳陀螺仪的机电设备,下半舱则包含了所有的系统电子器件。上半舱的基本部件主要由陀螺转子、常平架、角度传感器、力矩器四个部分构成。(1)陀螺转子:常采用同步电机、磁滞电机、三相交流电机、无刷直流电机等拖动方法来使陀螺转子绕自转轴高速旋转,并使其转速近似为常值。(2) 常平架:陀螺仪的内、外框架,或称内、外环,它是使陀螺自转轴获得所需转动自由度的结构,同时也是支撑整个陀螺仪运转的机械结构。(3) 角度传感器 :用来测量陀螺仪内外环以及框架转轴之间的转动角度,此角度就是测量的飞机的姿态角。通常,陀螺系统中有两组角度传感器,一组安装在框架上,一组安装在外环相应的支撑结构上。(4) 力矩器:用来为主轴位置的修正提供修正力矩补偿。在陀螺系统中,一般有两组修正力矩器,分别安装在框架和外环支撑壳体上。 陕西高精度航姿仪