在系统方面,陀螺仪的信号调节电路可简化为电机驱动部分和加速传感器感应电路两部分(图2): - 电机驱动部分通过静电激励方法,使驱动电路前后振荡,为机械元件提供励磁;感应部分通过测量电容变化来测量科里奥利力在感应质点上产生的位移,这是一个稳健、可靠的技术,被成功地用于ST的MEMS产品线,能够提供强度与施加在传感器上的角速率成正比的模拟或数字信号。 在控制电路内部有先进的电源关断功能,当不需要传感器功能时,可关闭整个传感器,或让其进入深度睡眠模式,以大幅降低陀螺仪的总功耗,当需要检测传感器上施加的角速率时,在接到用户的命令后,传感器可从睡眠模式中立即唤醒。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。广东航姿仪参考价
陀螺稳定器,稳定船体的陀螺装置。20世纪初使用的施利克被动式稳定器实质上是一个装在船上的大型二自由度重力陀螺仪,其转子轴铅直放置,框架轴平行于船的横轴。当船体侧摇时,陀螺力矩迫使框架携带转子一起相对于船体旋进。这种摇摆式旋进引起另一个陀螺力矩,对船体产生稳定作用。斯佩里主动式稳定器是在上述装置的基础上增加一个小型操纵陀螺仪,其转子沿船横轴放置。一旦船体侧倾,小陀螺沿其铅直轴旋进,从而使主陀螺仪框架轴上的控制马达及时开动,在该轴上施加与原陀螺力矩方向相同的主动力矩,借以加强框架的旋进和由此旋进产生的对船体的稳定作用。广东航姿仪参考价陀螺仪分为机械式、激光式和光纤式三大类,各自具有独特的优势和局限性。
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。
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。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。
在接下来的内容中,我们将更多地了解陀螺仪在国民生活应用中的表现。我们大致了解陀螺仪的来历,原理和种类,那么,它与我们的日常生活有怎样的关系呢?陀螺仪器较早是用于航海导航,但随着科学技术的发展,它在航空和航天事业中也得到普遍的应用。陀螺仪器不只可以作为指示仪表,而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件,即可作为信号传感器。根据需要,陀螺仪器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号,以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线飞行,而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中,则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制。通过陀螺仪和GPS的组合使用,可以实现更精确的位置和姿态信息,普遍用于航空、汽车导航系统等领域。广东航姿仪参考价
陀螺仪可以用于火箭和导弹的制导系统,提供准确的导航和定位功能。广东航姿仪参考价
测量的物理量:(1)角速度,测量的物理量是偏转、倾斜时的转动角速度;(2)方向:俯仰角(pitch):绕x轴旋转;偏航角(yaw):绕z轴旋转;翻滚角(roll):绕y轴旋转;主要参数,通用参数(传感器);线性误差:传感器测量值与实际物理值之间的误差;分辨率:可检测到的较小物理量单位;采样频率:单位时间内的采样次数。陀螺仪重要参数:量程:为角速度单位(dps,degree per second);灵敏度(刻度因子):较小分辨的角速度;灵敏度初始误差;灵敏度动态误差;非线性度:满量程的误差;初始零漂;零漂温度系数。广东航姿仪参考价