北京煤机导向惯导

原子陀螺仪，由于各国的高度关注，原子陀螺仪技术不断取得突破性进展，已开始逐渐从实验室步入工程化并较终通往产业化。核磁共振陀螺仪具有体积小、功耗低、抗干扰能力强等明显特点，与MEMS工艺技术相结合，有望实现芯片型惯性级陀螺仪，并以捷联式方案应用到微小型战术导弹、微小卫星、小型飞行器和自主式水下航行器等装备上。原子干涉陀螺仪具有超髙的理论精度，特别适合作为高精度平台式惯性导航系统的传感器，应用到战略武器装备上，但目前来看，原子干涉陀螺仪距离较终产业化应用仍面临许多技术困难，需要做好中长期的规划部署。在无人机领域，陀螺仪是实现自主飞行、精确悬停等功能的关键传感器。北京煤机导向惯导

认知层：陀螺仪是什么？发展历史如何？应用场景有哪些？1、什么是陀螺仪？陀螺仪，简称陀螺，又称角速度传感器，用于测量、控制物体在相对惯性空间中的角运动的惯检测性器件。物理定义为：陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体在相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置。英文名称：Gyro scope。理解层：陀螺仪的原理是什么？一句话描述：物体在旋转时，其旋转轴在不受外力影响的情况下，旋转轴所指方向不变。因此可以用来测量角位移或角速度。辽宁航姿仪参考价机械式陀螺仪通过旋转部件的惯性来感知角度变化，凭借其稳定性和简单性被普遍应用于航空航天领域。

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。

陀螺仪的分类：按照转子转动的自由度分成：双自由度陀螺仪(也称三自由度陀螺仪)和单自由度陀螺仪(也称二自由度陀螺仪)。前者用于测定飞行器的姿态角，后者用于测定姿态角速度，因此常称单自由度陀螺仪为。浮子陀螺由于利用浮力支承，摩擦力矩减小，陀螺仪的精度较高，但因不能定位仍有摩擦存在。为弥补这一不足，通常在液浮的基础上增加磁悬浮，即由浮液承担浮子组件的重量，而用磁场形成的推力使浮子组件悬浮在中心位置。现代高精度的单自由度液浮陀螺常是液浮、磁浮和动压气浮并用的三浮陀螺仪。这种陀螺仪比滚珠轴承陀螺仪的精度高,漂移率为0.01度/时。但液浮陀螺仪要求较高的加工精度、严格的装配、精确的温控，因而成本较高。陀螺仪的测量数据具有实时性和连续性，为动态环境下的控制提供可靠依据。

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。陀螺仪可以用于运动追踪和姿态识别，如体育训练、虚拟现实等领域。深圳综采工作面惯性导航系统

不同类型的陀螺仪具有不同的测量精度和适用范围，可根据需求选择合适的型号进行应用。北京煤机导向惯导

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。北京煤机导向惯导