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。 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。抗震陀螺仪生产厂家
陀螺仪的发展历程:机械式 → 小型芯片状。1850年,法国物理学家,莱昂·傅科,发现高速转动中的转子由于惯性作用,其旋转轴永远指向固定方向,故用希腊字gyro(旋转)和skopein(看)来命名这种设备,即陀螺仪(gyro scope),并利用陀螺仪验证了地球的自转运动。1908年,德国科学家,赫尔曼·安许茨·肯普费,设计一种单转子摆式陀螺,该系统可以凭借重力力矩自动寻找方向,解决了舰船导航的问题。二战期间,德国,利用陀螺仪,为V-2火箭装备了惯性制导系统,实现陀螺仪技术在导弹制导领域的初次应用。使用陀螺仪确定方向和角速度,使用加速度计计算加速度,计算得出飞弹飞行的距离与路线,同时控制飞行姿态,以争取让飞弹落到想去的地方吉林航姿仪现货直发未来,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。
陀螺仪在现代科技中扮演着不可或缺的角色。从导航定位到稳定控制,从虚拟现实到科学研究,陀螺仪的应用范围普遍且重要。随着科技的不断发展,陀螺仪的性能和应用也将得到进一步提升和拓展。惯性导航系统就是陀螺仪的一种应用。例如,哈勃望远镜,或用在水下潜艇的钢制船体内。由于陀螺仪所具有的精度,其也被用于维护隧道采矿方向的回转经纬仪。[4] 陀螺仪还可用于制作陀螺罗盘,用以补充或替代普通载具、船舶、飞机或空间飞船中使用的磁罗盘,或者辅助自行车、摩托车和船舶的稳定性,同时也可以用作惯性导航系统的一部分。微机电陀螺仪在智能手机等电子消费品中很受欢迎。
下面,我们以单自由度陀螺仪为例,来解析角速度测量的原理。单自由度陀螺仪的简化模型如下图所示,其中x、y、z分别表示陀螺仪的三个轴。假设基座被固定在汽车上,y轴即为汽车的前进方向。当汽车绕y轴或z轴旋转时,内环起到了隔离运动的作用,陀螺转轴并不会随汽车转动而转动。但当汽车绕x轴转动时,内环上会产生一对力F,形成沿x轴方向的力矩mx。由于陀螺仪在x轴方向没有转动自由度,力矩mx将使陀螺主轴绕内环y轴进动。因此,通过测量y轴的角速度,我们可以间接测量到汽车在x轴的角速度。具体的建模和求解过程需要基于动量矩定理,这里不再详细展开。陀螺仪的特点之一是响应速度快,可实时反馈物体的角速度变化。
不过,从此以后,以陀螺仪为主要的惯性制导系统就被普遍应用于航空航天,这里的导弹里面依然有这套东西,而随着需求的刺激,陀螺仪也在不断进化。传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪,机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高,结构复杂,它的精度受到了很多方面的制约。自从上个世纪七十年代以来,现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。1976年等提出了现代光纤陀螺仪的基本设想,到八十年代以后,现代光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展,与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。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。抗震陀螺仪生产厂家
陀螺仪利用陀螺效应,即旋转物体的角动量会保持不变,来测量物体的旋转。抗震陀螺仪生产厂家
集成光学陀螺仪,随着集成光路的发展,可在单块芯片上实现非常复杂的功能,可以将几毫米直径的集成环形腔激光器、光电检测电路都集成在同一芯片上,作为集成光学陀螺仪的敏感元件,这样可以较大程度上减小现有光学陀螺仪的质量和尺寸,降低成本和功耗,更好地控制热效应,增加可靠性,因此利用集成光学技术制造的光学陀螺仪具有良好的发展前景。目前,围绕着集成环形腔激光器已经展开了普遍的研究,但是关键技术还有待突破。此外,包括核磁谐振和超流体等的顶端技术也已经得到了验证,未来也将在新型陀螺仪上得到应用。将一个陀螺放置在桌面上,它会向一个方向倾倒,但如果将其旋转起来,它便能够稳稳地立在桌子上,只要旋转不止,它就不会倾倒。抗震陀螺仪生产厂家