河北抗震慣導(dǎo)

作為穩(wěn)定器，陀螺儀器能使列車在單軌上行駛，能減小船舶在風(fēng)浪中的搖擺，能使安裝在飛機(jī)或衛(wèi)星上的照相機(jī)相對(duì)地面穩(wěn)定等等。作為精密測(cè)試儀器，陀螺儀器能夠?yàn)榈孛嬖O(shè)施、礦山隧道、地下鐵路、石油鉆探以及導(dǎo)彈發(fā)射井等提供準(zhǔn)確的方位基準(zhǔn)。由此可見(jiàn)，陀螺儀器的應(yīng)用范圍是相當(dāng)普遍的，它在現(xiàn)代化的國(guó)家防護(hù)建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中均占重要的地位。此處我們重點(diǎn)介紹在電子領(lǐng)域中現(xiàn)在比較流行的MEMS陀螺儀。普遍使用的MEMS陀螺（微機(jī)械）可應(yīng)用于航空、航天、航海、兵器、汽車、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域。陀螺儀在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用范圍普遍，如飛行器姿態(tài)控制、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等。河北抗震慣導(dǎo)

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(cè)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(kāi)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(lái)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(huì)向一個(gè)方向傾倒，但如果將其旋轉(zhuǎn)起來(lái)，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(huì)傾倒。頂管導(dǎo)向陀螺儀通過(guò)陀螺儀和GPS的組合使用，可以實(shí)現(xiàn)更精確的位置和姿態(tài)信息，普遍用于航空、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)等領(lǐng)域。

下面，我們以單自由度陀螺儀為例，來(lái)解析角速度測(cè)量的原理。單自由度陀螺儀的簡(jiǎn)化模型如下圖所示，其中x、y、z分別表示陀螺儀的三個(gè)軸。假設(shè)基座被固定在汽車上，y軸即為汽車的前進(jìn)方向。當(dāng)汽車?yán)@y軸或z軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)環(huán)起到了隔離運(yùn)動(dòng)的作用，陀螺轉(zhuǎn)軸并不會(huì)隨汽車轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。但當(dāng)汽車?yán)@x軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)環(huán)上會(huì)產(chǎn)生一對(duì)力F，形成沿x軸方向的力矩mx。由于陀螺儀在x軸方向沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，力矩mx將使陀螺主軸繞內(nèi)環(huán)y軸進(jìn)動(dòng)。因此，通過(guò)測(cè)量y軸的角速度，我們可以間接測(cè)量到汽車在x軸的角速度。具體的建模和求解過(guò)程需要基于動(dòng)量矩定理，這里不再詳細(xì)展開(kāi)。

垂直陀螺儀在現(xiàn)代飛機(jī)上應(yīng)用非常普遍，它可以精確測(cè)量飛機(jī)的姿態(tài)角并輸出與姿態(tài)角成比例的電信號(hào)，提供給計(jì)算機(jī)，較終在儀表上顯示。為了測(cè)量和輸出飛機(jī)的姿態(tài)信號(hào)， 垂直陀螺儀上安裝了俯仰同步器和傾斜同步器，分別輸出俯仰角和 傾斜角電信號(hào)。而為了減小縱向加速度誤差，垂直陀螺儀安裝了俯仰直立和水平修正斷開(kāi)電門，在存在縱向加速度時(shí)切斷陀螺儀的俯仰修正；為了減小盤旋誤差，垂直陀螺儀安裝了傾斜直立和水平修 正斷開(kāi)電門，在盤旋傾斜時(shí)切斷陀螺儀的傾斜修正。機(jī)械陀螺儀通過(guò)物體的旋轉(zhuǎn)來(lái)測(cè)量角速度，而光學(xué)陀螺儀則利用光的干涉原理來(lái)測(cè)量。

如果大家不理解，舉個(gè)例子，前面有一個(gè)大樓，用手機(jī)攝像頭對(duì)準(zhǔn)它，馬上就可以在屏幕上得到這座大樓的相關(guān)參數(shù)，比如樓的高度，寬度，海拔，如果連接到數(shù)據(jù)庫(kù)，甚至可以得到這座大廈的物主、建設(shè)時(shí)間、現(xiàn)在的用途、可容納的人數(shù)等。陀螺儀較新技術(shù)簡(jiǎn)介和發(fā)展趨勢(shì)，目前，陀螺儀技術(shù)正在由傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)子陀螺向以光學(xué)陀螺儀為表示的新型陀螺儀轉(zhuǎn)變，下面再簡(jiǎn)要介紹幾種處在技術(shù)領(lǐng)域前沿的新型陀螺儀技術(shù)，希望能夠幫助讀者開(kāi)闊視野，了解到國(guó)外陀螺儀技術(shù)的較新發(fā)展。陀螺儀在空間站、衛(wèi)星等航天器中，為姿態(tài)控制和軌道測(cè)量提供關(guān)鍵支持。北京煤機(jī)導(dǎo)向陀螺儀

陀螺儀可以用于航天器的姿態(tài)控制和軌道調(diào)整，提供準(zhǔn)確的航天數(shù)據(jù)。河北抗震慣導(dǎo)

普遍使用的MEMS陀螺（微機(jī)械）可應(yīng)用于航空、航天、航海、兵器、汽車、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域。并且MEMS陀螺相比傳統(tǒng)的陀螺有明顯的優(yōu)勢(shì)：1.體積小、重量輕。適合于對(duì)安裝空間和重量要求苛刻的場(chǎng)合，例如彈載測(cè)量等。2.低成本。3.高可靠性。內(nèi)部無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，全固態(tài)裝置，抗大過(guò)載沖擊，工作壽命長(zhǎng)。4.低功耗。5.大量程。適于高轉(zhuǎn)速大g值的場(chǎng)合。6.易于數(shù)字化、智能化。可數(shù)字輸出，溫度補(bǔ)償，零位校正等。從力學(xué)的觀點(diǎn)近似的分析陀螺的運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以把它看成是一個(gè)剛體，剛體上有一個(gè)萬(wàn)向支點(diǎn)，而陀螺可以繞著這個(gè)支點(diǎn)作三個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以陀螺的運(yùn)動(dòng)是屬于剛體繞一個(gè)定點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。河北抗震慣導(dǎo)