重庆抗电磁惯导

陀螺仪，简称陀螺，是用来测量、控制物体相对惯性空间角运动的惯性器件。陀螺仪传感器技术自问世以来，发展至今已有160余年历史，在导航、制导与控制等领域得到了普遍应用。随着科学理论的进步和工艺水平的不断提高，基于不同原理的陀螺仪相继出现，各国对陀螺仪精度、稳定性、可靠性、成本、体积等性能指标的不懈追求，极大地促进了陀螺仪技术的发展。陀螺仪按照工作原理可划分为：基于旋转质量陀螺效应的转子陀螺仪；基于萨奈克效应的光学陀螺仪；基于哥氏效应的振动陀螺仪；基于现代量子力学技术的原子陀螺仪。汽车行业中，陀螺仪可用于车辆稳定性控制、导航系统等，提高驾驶安全性。重庆抗电磁惯导

惯性导航原理，惯性导航利用陀螺仪和加速度计测量载体在惯性参考系下的角速度和加速度，并对时间进行积分、运算得到速度和相对位置，且把它变换到导航坐标系中，这样结合较初的位置信息，就可以得到载体现在所处的位置。陀螺仪是一种稳定平衡装置，在航空，航海，手机，汽车等产业上有普遍应用，可以让装备陀螺仪的设备在运动过程中保持平衡稳定，并提供准确的方位，水平，加速度，速度等信息。水平陀螺仪指示水平方向，给飞行器的航向角修正提供信息。陀螺罗经是一种依靠陀螺仪指示真北的装置。它利用地球自转角速度和重力力矩的综合作用，能够使自转轴自动寻找真北，而不需要依靠地磁场。现在也有了长足的进步和发展。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。重庆抗电磁惯导激光陀螺仪则利用光的干涉效应测量角速度，具有高精度和长期稳定性，在惯性导航和高精度测量中应用普遍。

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。

与ST的MEMS加速计类似，MEMS陀螺仪也沿用一个系统级封装(SIP)方法，机械感应元器件与其调节ASIC电路放在同一个封装内。智能设计方法结合先进的封装解决方案使得该系列产品的封装尺寸大幅缩减，多轴陀螺仪的系统封装面积只为3x5 mm2 ，较大厚度只为1mm 。意法半导体为客户提供多轴感应、30dps到6000dps量程的各种陀螺仪传感器，让系统设计工程师能够解决不同的应用需求，从图像稳定器到游戏，从指向装置到机器人控制。除上述传统应用外，整合加速计和陀螺仪可以实现导航解决方案的惯性测量单元。近年来，微型化和集成化的陀螺仪技术不断进步，为便携式设备和智能手机的导航功能提供了新的解决方案。

陀螺仪的分类：按照原理，可以分为机电式陀螺仪（以经典力学为基础）、光电类陀螺仪（以近代物理学效应为基础），机电式陀螺仪（以经典力学为基础）：转子式陀螺仪：滚珠轴承支撑陀螺、液浮陀螺、气浮陀螺、静电陀螺等；新型振动陀螺仪：音叉陀螺、半球谐振陀螺、微机电陀螺（MEMS）等；光电类陀螺仪（以光学Sagnac效应测量运载体旋转运动为基础）；激光陀螺、光纤陀螺、原子干涉陀螺、集成光学陀螺等；机电式：高速旋转的机械转子，高速转子容易产生质量不平衡，容易受到加速度的影响；启动时间较长，且需要一定的预热时间；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。在航天器、飞机、导弹等航空航天器材中，陀螺仪用于测量和控制姿态，确保飞行和导航的精确性和安全性。重庆抗电磁惯导

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。重庆抗电磁惯导

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。重庆抗电磁惯导