陀螺仪是将一个中心轮盘安装在两个或三个万向节上的装置。这些万向节通过枢轴支撑可以使这个中心轮盘绕单个轴旋转。如果三个万向节为一组,且每一个都通过正交的枢轴安装在另一个上,就可以使安装在较内万向节上的中心轮盘具有其自身的单独方向,区别于其支架在空间中的方位。若是两个万向节为一组,做为该陀螺仪的框架的外部万向节,被安装成可以绕自身支架所在平面内的轴方向进行枢轴旋转。所以这个外部万向节只可以在一个角度上自由旋转。陀螺仪的制造材料和技术不断发展,使其在精度、尺寸、重量等方面不断突破。山西惯导作用
更确切地说,一个绕对称轴高速旋转的飞轮转子叫陀螺。将陀螺安装在框架装置上,使陀螺的自转轴有角转动的自由度,这种装置的总体叫做陀螺仪。根据二自由度陀螺仪中所使用的反作用力矩的性质,可以把这种陀螺仪分成三种类型:速率陀螺仪(它使用的反作力矩是弹性力矩);积分陀螺仪(它使用的反作用力矩是阻尼力矩);无约束陀螺(它只有惯性反作用力矩);除了机、电框架式陀螺仪以外,还出现了某些新型陀螺仪,如静电式自由转子陀螺仪,挠性陀螺仪,激光陀螺仪等。上海陀螺仪厂家陀螺仪具有高灵敏度、高稳定性和抗干扰能力,能满足各种极端环境下的测量需求。
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。由此可见,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。此处我们重点介绍在电子领域中现在比较流行的MEMS陀螺仪。普遍使用的MEMS陀螺(微机械)可应用于航空、航天、航海、兵器、汽车、生物医学、环境监控等领域。
主要工作原理:角动量守恒定律,角动量守恒定律是指系统所受合外力矩为零时系统的角动量保持不变。角动量的定义:物体矢径和其动量的叉积:(1)矢量的计算:叉积和点积,假设a、b为两个矢量,之间的夹角为θ,则点积:a · b = abcosθ(标量),叉积:a x b = absinθ(矢量,方向由右手螺旋定则决定,四指由a弯向b,大拇指方向即为叉积方向)。(2)角动量计算:物体矢径和动量的叉积,r为矢径,数值为物体到旋转中心的距离,方向为旋转中心指向物体的方向矢量;p为动量,数值为物体质量与线速度的乘积p=mv,方向为线速度v的方向;以该图的方向为例,依据角动量公式,可以得到角动量L的方向为竖直向上。(3)陀螺的角动量守恒,假设一个陀螺不受空气阻力(合外力力矩=0),陀螺与地面的接触面无限小(矢径=0),则角动量的合力矩为0,即角动量守恒。陀螺仪可以实现无需外部参考的导航,适用于各种环境和条件下的导航需求。
MEMS陀螺仪,即硅微机电陀螺仪,绝大多数的MEMS陀螺仪依赖于相互正交的振动和转动引起的交变科里奥利力。MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems)是指集机械元素、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。MEMS陀螺仪是利用coriolis定理,将旋转物体的角速度转换成与角速度成正比的直流电压信号,其主要部件通过掺杂技术、光刻技术、腐蚀技术、LIGA技术、封装技术等批量生产的。分类上,陀螺仪可以分为机械陀螺仪和光学陀螺仪两种。山西惯导作用
陀螺仪可以测量物体的旋转速度和角度,从而帮助确定物体的方向和位置。山西惯导作用
光纤陀螺仪,从20世纪60年代开始,美国海军研究办公室希望发展一种比氦-氖环形激光陀螺仪的成本更低、制造流程更简单、精度更高的光纤角速度传感器,也就是俗称的光纤陀螺。目前,较为常见的光纤陀螺仪是相敏光纤陀螺仪,通过测量在一个光纤线圈中的两束反向传播光束的相移以敏感载体转动,从而计算出其角速率。因此,光纤陀螺仪的精度主要取决于其采用的光纤种类和光电检测系统,偏值一般处于0.001度/时-0.0002度/时之间。现在,光纤陀螺仪已经被普遍应用于鱼雷、战术导弹、潜艇和航天器等。山西惯导作用