MEMS陀螺相比傳統(tǒng)的陀螺有明顯的優(yōu)勢:1、體積小、重量輕。適合于對安裝空間和重量要求苛刻的場合,例如彈載測量等;2、低成本;3、高可靠性、內(nèi)部無轉(zhuǎn)動部件,全固態(tài)裝置,抗大過載沖擊,工作壽命長;4、低功耗;5、大量程,適于高轉(zhuǎn)速大g值的場合;6、易于數(shù)字化、智能化,可數(shù)字輸出,溫度補償,零位校正等。陀螺儀工作原理:消費電子設(shè)備早在幾年前就開始使用MEMS加速計。 從游戲機到手機,從筆記本電腦到白色家電,運動控制式用戶界面和增強的保護系統(tǒng)給所有的消費電子產(chǎn)品帶來很多好處。陀螺儀在地震監(jiān)測中,可捕捉地面微小轉(zhuǎn)動信號。遼寧高動態(tài)慣導(dǎo)
我們都知道,只有當(dāng)手機或攝像機相對“穩(wěn)定”我們才能拍出精美的畫面或視頻。而能夠讓“穩(wěn)拍器”始終保持穩(wěn)定的主要秘密就是“加速度和陀螺儀”傳感器。為什么說“加速度和陀螺儀”傳感器是自拍神器的主要秘密呢?因為穩(wěn)拍器的主要就是對“相機”姿態(tài)的檢測,然后根據(jù)“相機”的姿態(tài)變化實時的控制與“相機”連接的電機做相應(yīng)動作,只要電機控制的夠快,就能保證“相機”始終穩(wěn)定在固定位置。不管你的手左右晃動還是上下晃動,在穩(wěn)拍神器的控制下你的“相機”就會雷打不動,從而拍出穩(wěn)定的照片和畫面。遼寧高動態(tài)慣導(dǎo)潛艇在深海中依賴陀螺儀導(dǎo)航,無法接收衛(wèi)星信號。
陀螺儀的特性。接下來,我們用圖來說說陀螺儀的特性?!巴勇輧x”是敏感角位移的裝置,重要特性有定軸性和進動性。定軸性。定軸性很好理解,陀螺儀在高速旋轉(zhuǎn)過程中具有動量矩H,在不受外力矩作用時,自轉(zhuǎn)軸將相對慣性空間保持方向不變的特性。進動性。進動性是二自由度陀螺儀里面的概念。二自由度陀螺儀模型如下:陀螺儀。外框能夠繞外框軸旋轉(zhuǎn),內(nèi)框能夠繞內(nèi)框軸旋轉(zhuǎn),中間是旋轉(zhuǎn)的陀螺和自轉(zhuǎn)軸。進動性是指的這樣的現(xiàn)象:陀螺儀,在陀螺轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動的情況下,如果按如圖所示用力作用于內(nèi)框架,會使得外框架按如圖所示方向轉(zhuǎn)動,從而導(dǎo)致動量矩H(即自轉(zhuǎn)軸的方向)相應(yīng)轉(zhuǎn)動?;蛘吡硗庖环N情況:陀螺儀,用力推動外框,使得內(nèi)框架繞內(nèi)框軸轉(zhuǎn)動。類似于牛頓第三定律,當(dāng)推動外框架或者內(nèi)框架改變動量矩H的方向時,陀螺儀會產(chǎn)生反作用力矩,其大小與外力矩相等,方向相反。這也是陀螺儀的基本特性之一。
隨著技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代陀螺儀主要分為三類:光學(xué)陀螺儀、振動陀螺儀和MEMS陀螺儀。光學(xué)陀螺儀又可分為激光陀螺儀和光纖陀螺儀,它們都基于Sagnac效應(yīng)工作,沒有活動部件,具有壽命長、可靠性高、動態(tài)范圍大等明顯優(yōu)勢。振動陀螺儀利用科里奧利力效應(yīng)測量角速度,結(jié)構(gòu)相對簡單,成本較低。MEMS陀螺儀則采用微機電系統(tǒng)技術(shù),體積小、重量輕、功耗低,但精度通常不如光學(xué)陀螺儀。在各類陀螺儀中,光纖陀螺儀因其優(yōu)異的性能和可靠性,已成為當(dāng)今中高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的主流選擇。航天器依賴高精度陀螺儀保持穩(wěn)定姿態(tài)和軌道控制。
未來精度提升的技術(shù)展望:盡管ARHS系列已達到亞毫弧度級測量精度,但在量子導(dǎo)航、深空探測等前沿領(lǐng)域仍需持續(xù)突破。未來技術(shù)發(fā)展方向包括:光子晶體光纖應(yīng)用:采用空心光子晶體光纖降低非線性效應(yīng),提升光源相干性,有望將零偏穩(wěn)定性提升至0.001°/h量級。量子增強技術(shù):探索冷原子干涉與光纖陀螺的混合架構(gòu),利用量子糾纏特性突破傳統(tǒng)測量極限。AI輔助標定:基于深度學(xué)習(xí)的在線標定方法,實時識別環(huán)境應(yīng)力對精度的影響并動態(tài)補償。多源融合深化:構(gòu)建光纖陀螺/MEMS陀螺/地磁計的異構(gòu)傳感網(wǎng)絡(luò),通過聯(lián)邦學(xué)習(xí)算法實現(xiàn)厘米級室內(nèi)定位。智能手機陀螺儀靈敏度可達0.01度/秒,檢測微小轉(zhuǎn)動。遼寧高動態(tài)慣導(dǎo)
運動手環(huán)通過陀螺儀區(qū)分步行、跑步和睡眠狀態(tài)。遼寧高動態(tài)慣導(dǎo)
艾默優(yōu)ARHS系列陀螺儀的主要技術(shù)。全數(shù)字保偏閉環(huán)光纖陀螺儀的工作原理:艾默優(yōu)ARHS系列陀螺儀的主要慣性傳感器為全數(shù)字保偏閉環(huán)光纖陀螺儀。該陀螺儀主要由光源(SLD)、耦合器、Y波導(dǎo)、光纖環(huán)圈、探測器(PIN/FET)、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理單元、D/A轉(zhuǎn)換器等幾部分組成。光纖陀螺儀的工作原理基于Sagnac效應(yīng)。當(dāng)光束在一個環(huán)形的通道中行進時,若環(huán)形通道本身具有一個轉(zhuǎn)動速度,那么光源(SLD)發(fā)射出的激光沿著通道轉(zhuǎn)動方向行進所需要的時間要比沿著通道相反方向行進所需要的時間多。這種光程的變化會導(dǎo)致兩條光路的相位差或干涉條紋的變化,通過檢測這種變化,可以測出光路的旋轉(zhuǎn)角速度。遼寧高動態(tài)慣導(dǎo)