云南煤机导向惯导

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。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。云南煤机导向惯导

陀螺仪有什么用，检测和测量角速度以及方向？陀螺仪的主要作用是检测和测量角速度以及方向，它在多个领域和设备中发挥着重要作用。陀螺仪是一种基于角动量守恒理论的装置，通过高速旋转的转子来感测和维持方向。它的基本工作原理是利用转子的角动量来抗拒方向改变的趋向，从而实现对运动和方向的测量。陀螺仪不只在航空、航海等传统领域中用于导航和姿态控制，而且在现代科技产品如智能手机、游戏手柄、虚拟现实设备中也扮演着重要角色。车载陀螺仪价位陀螺仪特点包括响应速度快、精度高、不受外部环境影响等，能够提供可靠的姿态控制和导航信息。

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。

振动陀螺仪，MEMS陀螺仪因其体积小、成本低、易批量生产等优势，现阶段已基本占据低精度市场，随着工艺水平、计算机技术和数据算法的不断发展，其精度性能有望实现质的突破，进入惯性级陀螺仪应用领域。半球谐振陀螺仪较好地满足理想惯性传感器的性能指标，在成功应用到空间领域的基础上，向航海领域的推广已成为必然趋势，例如，法国已将半球谐振陀螺仪作为新一代海洋导航定位系统的主要惯性导航设备，赛峰电子与防务公司基于HRG Crystal技术研发的布卢·瑙特（BlueNaute）系列惯性导航系统，已开始应用到工程船舶、科考船和海警船等载体上[20]；另外，结合新型制作工艺，大力开发基于MEMS技术的微半球谐振陀螺仪（micro-HRG, MHRG）也是未来的热点研究方向。船舶导航系统中，陀螺仪可提供精确的方向信息，帮助船舶避开暗礁和浅滩。

陀螺仪的特性。接下来，我们用图来说说陀螺仪的特性。“陀螺仪”是敏感角位移的装置，重要特性有定轴性和进动性。定轴性。定轴性很好理解，陀螺仪在高速旋转过程中具有动量矩H，在不受外力矩作用时，自转轴将相对惯性空间保持方向不变的特性。进动性。进动性是二自由度陀螺仪里面的概念。二自由度陀螺仪模型如下：陀螺仪。外框能够绕外框轴旋转，内框能够绕内框轴旋转，中间是旋转的陀螺和自转轴。进动性是指的这样的现象：陀螺仪，在陀螺转子高速转动的情况下，如果按如图所示用力作用于内框架，会使得外框架按如图所示方向转动，从而导致动量矩H（即自转轴的方向）相应转动。或者另外一种情况：陀螺仪，用力推动外框，使得内框架绕内框轴转动。类似于牛顿第三定律，当推动外框架或者内框架改变动量矩H的方向时，陀螺仪会产生反作用力矩，其大小与外力矩相等，方向相反。这也是陀螺仪的基本特性之一。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。河南防爆型惯导

地下勘探、隧道挖掘等领域，陀螺仪有助于精确测量地下的空间结构和方向。云南煤机导向惯导

挠性陀螺仪，转子装在弹性支承装置上的陀螺仪。在挠性陀螺仪中应用较广的是动力调谐挠性陀螺仪。它由内挠性杆、外挠性杆、平衡环、转子、驱动轴和电机等组成。它靠平衡环扭摆运动时产生的动力反作用力矩(陀螺力矩)来平衡挠性杆支承产生的弹性力矩，从而使转子成为一个无约束的自由转子，这种平衡就是调谐。挠性陀螺仪是60年代迅速发展起来的惯性元件，它因结构简单、精度高(与液浮陀螺相近)、成本低，在飞机和导弹上得到了普遍应用。云南煤机导向惯导