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子增加了兩個自由度,即為雙自由度陀螺儀。單自由度陀螺儀為陀螺轉子增加了一個自由度。兩種陀螺儀均可敏感角速度,只不過陀螺儀進動性表現不同。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。單自由度陀螺儀內部構造。z軸為陀螺轉子主軸(虛線為陀螺轉子);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子隨著基座運動,即相對慣性空間不變;當且只當y軸方向的角速度使的轉子在x軸方向進動,即相對于慣性空間運動。因此測量x軸的角速度即可測量載體在y軸的角速度。總之,單自由度陀螺儀可以敏感某一軸相對慣性空間的角速度。虛擬現實(VR)設備中,陀螺儀用于捕捉用戶頭部運動,提供沉浸式體驗。陜西高精度航姿儀
陀螺儀,是一種用來感測與維持方向的裝置,基于「角動量守恒」的理論設計出來的。陀螺儀主要是由一個位于軸心可以旋轉的輪子構成,陀螺儀一旦開始旋轉,由于輪子的「角動量」,陀螺儀有抗拒方向改變的趨向。陀螺儀多用于導航、定位等系統,1850 年法國的物理學家 J.Foucault 為了研究地球自轉,首先發現高速轉動中的轉子,由于「慣性」作用它的旋轉軸永遠指向一固定方向,他用希臘字 gyro(旋轉)和 skopein(看)兩字合為 gyro scopei 一字來命名這種儀表。江西慣導作用在飛行器制導系統中,陀螺儀發揮關鍵作用,確保飛行器按預定航線飛行。
速率陀螺儀,用以直接測定運載器角速率的二自由度陀螺裝置。把均衡陀螺儀的外環固定在運載器上并令內環軸垂直于要測量角速率的軸。當運載器連同外環以角速度繞測量軸旋進時,陀螺力矩將迫使內環連同轉子一起相對運載器旋進。陀螺儀中有彈簧限制這個相對旋進,而內環的旋進角正比于彈簧的變形量。由平衡時的內環旋進角即可求得陀螺力矩和運載器的角速率。積分陀螺儀與速率陀螺儀的不同處只在于用線性阻尼器代替彈簧約束。當運載器作任意變速轉動時,積分陀螺儀的輸出量是繞測量軸的轉角(即角速度的積分)。以上兩種陀螺儀在遠距離測量系統或自動控制、慣性導航平臺中使用較多。
激光陀螺儀,它的結構原理與上面幾種陀螺儀完全不同。激光陀螺實際上是一種環形激光器,沒有高速旋轉的機械轉子,但它利用激光技術測量物體相對于慣性空間的角速度,具有速率陀螺儀的功能。激光陀螺儀的結構和工作是:用熱膨脹系數極小的材料制成三角形空腔。在空腔的各頂點分別安裝三塊反射鏡,形成閉合光路。腔體被抽成真空,充以氦氖氣,并裝設電極,形成激光發生器。激光發生器產生兩束射向相反的激光。當環形激光器處于靜止狀態時,兩束激光繞行一周的光程相等,因而頻率相同,兩個頻率之差(頻差)為零,干涉條紋為零。當環形激光器繞垂直于閉合光路平面的軸轉動時,與轉動方向一致的那束光的光程延長,波長增大,頻率降低;另一束光則相反,因而出現頻差,形成干涉條紋。單位時間的干涉條紋數正比于轉動角速度。激光陀螺的漂移率低達0.1~0.01度/時,可靠性高,不受線加速度等的影響,已在飛行器的慣性導航中得到應用,是很有發展前途的新型陀螺儀。陀螺儀在航空航天領域的應用范圍普遍,如飛行器姿態控制、慣性導航系統等。
光纖陀螺儀的原理是利用光程的變化檢測出兩條光路的相位差,就可以測出光路旋轉角速度,主要用于航空,航海,航天和國家防護工業和農業領域。微機電陀螺儀MEMS一般會用在手機等電子產品上,通常有兩個方向的可移動電容板,徑向的電容板加震蕩電壓迫使物體做徑向運動,橫向的電容板測量由于橫向運動帶來的電容變化,所以由電容的變化可以計算出角速度。所以,陀螺儀不光是用在手機里那么簡單,大到航海,航空和航天,導彈、衛星運載器,國家防護等領域,并且地面設施、礦山隧道、地下鐵路、石油鉆探都離不開它。在生活中汽車導行,手機,環境監控等領域都需要陀螺儀的參與。陀螺儀可以用于智能手機和游戲設備的姿態感應和運動控制,提供更好的用戶體驗。安徽航姿儀定制價格
地下勘探、隧道挖掘等領域,陀螺儀有助于精確測量地下的空間結構和方向。陜西高精度航姿儀
垂直陀螺儀整個裝置內部分為上下兩部分,上半艙容納陀螺儀的機電設備,下半艙則包含了所有的系統電子器件。上半艙的基本部件主要由陀螺轉子、常平架、角度傳感器、力矩器四個部分構成。(1)陀螺轉子:常采用同步電機、磁滯電機、三相交流電機、無刷直流電機等拖動方法來使陀螺轉子繞自轉軸高速旋轉,并使其轉速近似為常值。(2) 常平架:陀螺儀的內、外框架,或稱內、外環,它是使陀螺自轉軸獲得所需轉動自由度的結構,同時也是支撐整個陀螺儀運轉的機械結構。(3) 角度傳感器 :用來測量陀螺儀內外環以及框架轉軸之間的轉動角度,此角度就是測量的飛機的姿態角。通常,陀螺系統中有兩組角度傳感器,一組安裝在框架上,一組安裝在外環相應的支撐結構上。(4) 力矩器:用來為主軸位置的修正提供修正力矩補償。在陀螺系統中,一般有兩組修正力矩器,分別安裝在框架和外環支撐殼體上。 陜西高精度航姿儀