現(xiàn)代儀器,現(xiàn)代陀螺儀是一種能夠精確地確定運(yùn)動物體的方位的儀器,它是現(xiàn)代航空,航海,航天和國家防護(hù)工業(yè)中普遍使用的一種慣性導(dǎo)航儀器,它的發(fā)展對一個(gè)國家的工業(yè),國家防護(hù)和其它高科技的發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。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,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?,F(xiàn)代光纖陀螺儀的基本設(shè)想于1976年被提出,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。光纖陀螺儀具有結(jié)構(gòu)緊湊,靈敏度高,工作可靠等等優(yōu)點(diǎn),關(guān)鍵部件和光纖陀螺儀同時(shí)發(fā)展的除了環(huán)式激光陀螺儀外,還有現(xiàn)代集成式的振動陀螺儀,集成式的振動陀螺儀具有更高的集成度,體積更小,也是現(xiàn)代陀螺儀的一個(gè)重要的發(fā)展方向。陀螺儀在氣象氣球中,穩(wěn)定儀器姿態(tài)采集高空數(shù)據(jù)。重慶實(shí)時(shí)航姿儀
我們以一個(gè)單軸偏航陀螺儀為例,探討較簡單的工作原理(圖1)。兩個(gè)正在運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)向相反方向做連續(xù)運(yùn)動,如藍(lán)色箭頭所示。只要從外部施加一個(gè)角速率,就會產(chǎn)生一個(gè)與質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動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)動電極(轉(zhuǎn)子)位于固定電極(定子)的側(cè)邊,上面的位移將會在定子和轉(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的電參數(shù)。重慶實(shí)時(shí)航姿儀陀螺儀在掃地機(jī)器人中,輔助規(guī)劃清潔路徑,避免碰撞。
1850年法國物理學(xué)家萊昂·傅科(J.Foucault)為了研究地球自轉(zhuǎn),首先發(fā)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)動中地的轉(zhuǎn)子(rotor),由于具有慣性,它的旋轉(zhuǎn)軸永遠(yuǎn)指向一固定方向,他用希臘字 gyro(旋轉(zhuǎn))和skopein(看)兩字合為gyro scopei 一字來命名這種儀表。陀螺儀是一種既古老而又很有生命力的儀器,從頭一臺真正實(shí)用的陀螺儀器問世以來已有大半個(gè)世紀(jì),但直到現(xiàn)在,陀螺儀仍在吸引著人們對它進(jìn)行研究,這是由于它本身具有的特性所決定的。陀螺儀較主要的基本特性是它的穩(wěn)定性和進(jìn)動性。
陀螺儀分為單自由度陀螺儀與雙自由度陀螺儀,雙自由度陀螺儀為陀螺轉(zhuǎn)子增加了兩個(gè)自由度,即為雙自由度陀螺儀。單自由度陀螺儀為陀螺轉(zhuǎn)子增加了一個(gè)自由度。兩種陀螺儀均可敏感角速度,只不過陀螺儀進(jìn)動性表現(xiàn)不同。下面以單自由度陀螺儀解釋陀螺儀敏感角速度原理。慣性器件:陀螺儀敏感角速度原理。單自由度陀螺儀內(nèi)部構(gòu)造。z軸為陀螺轉(zhuǎn)子主軸(虛線為陀螺轉(zhuǎn)子);y軸為缺少自由度的軸,也為輸入軸;x軸為輸出軸。由上述分析可知,x,z方向的角速度并不能使轉(zhuǎn)子隨著基座運(yùn)動,即相對慣性空間不變;當(dāng)且只當(dāng)y軸方向的角速度使的轉(zhuǎn)子在x軸方向進(jìn)動,即相對于慣性空間運(yùn)動。因此測量x軸的角速度即可測量載體在y軸的角速度??傊瑔巫杂啥韧勇輧x可以敏感某一軸相對慣性空間的角速度。陀螺儀具有高靈敏度、高穩(wěn)定性和抗干擾能力,能滿足各種極端環(huán)境下的測量需求。
集成光學(xué)陀螺儀,隨著集成光路的發(fā)展,可在單塊芯片上實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的功能,可以將幾毫米直徑的集成環(huán)形腔激光器、光電檢測電路都集成在同一芯片上,作為集成光學(xué)陀螺儀的敏感元件,這樣可以較大程度上減小現(xiàn)有光學(xué)陀螺儀的質(zhì)量和尺寸,降低成本和功耗,更好地控制熱效應(yīng),增加可靠性,因此利用集成光學(xué)技術(shù)制造的光學(xué)陀螺儀具有良好的發(fā)展前景。目前,圍繞著集成環(huán)形腔激光器已經(jīng)展開了普遍的研究,但是關(guān)鍵技術(shù)還有待突破。此外,包括核磁諧振和超流體等的頂端技術(shù)也已經(jīng)得到了驗(yàn)證,未來也將在新型陀螺儀上得到應(yīng)用。將一個(gè)陀螺放置在桌面上,它會向一個(gè)方向傾倒,但如果將其旋轉(zhuǎn)起來,它便能夠穩(wěn)穩(wěn)地立在桌子上,只要旋轉(zhuǎn)不止,它就不會傾倒。隨著MEMS技術(shù)的成熟,微型陀螺儀逐漸成為市場主流,應(yīng)用于各種消費(fèi)電子產(chǎn)品。重慶實(shí)時(shí)航姿儀
陀螺儀的誤差來源包括溫度、濕度、振動等,研究人員致力于降低這些因素的影響。重慶實(shí)時(shí)航姿儀
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)、陀螺的章動等。陀螺儀的種類很多,按用途來分,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)動的自動控制系統(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)。重慶實(shí)時(shí)航姿儀