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。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。轨检测量陀螺仪价位
我们以一个单轴偏航陀螺仪为例,探讨较简单的工作原理(图1)。两个正在运动的质点向相反方向做连续运动,如蓝色箭头所示。只要从外部施加一个角速率,就会产生一个与质点运动方向垂直的科里奥利力,如图中黄色箭头所示。产生的科里奥利力使感应质点发生位移,位移大小与所施加的角速率大小成正比。因为传感器感应部分的运动电极(转子)位于固定电极(定子)的侧边,上面的位移将会在定子和转子之间引起电容变化,因此,在陀螺仪输入部分施加的角速率被转化成一个专门使用电路可以检测的电参数。煤机导向惯导使用方法船舶导航系统中,陀螺仪可提供精确的方向信息,帮助船舶避开暗礁和浅滩。
陀螺仪的基本构成(以机械式陀螺仪为例):(1)转子:常使用电机(比如同步电机、磁滞电机、三相交流电机等)驱动陀螺转子绕其自转轴高速旋转,并使其转速近似保持为常值;(2)自转轴;(3)万向坐标系(内、外环):使陀螺自转轴获得所需角转动自由度;(4)力矩马达、信号传感器等。使用陀螺仪/利用陀螺仪原理的产品/设备,惯性导航仪、体感设备(Joycon/wii等)、智能手机、穿戴设备(智能手表/手环)、飞行器/无人机、电子摄影设备、稳定器、AR/VR、机器人、游戏控制器/游戏手柄、自行车(轮子转的越快越不容易倒)。
垂直陀螺仪整个装置内部分为上下两部分,上半舱容纳陀螺仪的机电设备,下半舱则包含了所有的系统电子器件。上半舱的基本部件主要由陀螺转子、常平架、角度传感器、力矩器四个部分构成。(1)陀螺转子:常采用同步电机、磁滞电机、三相交流电机、无刷直流电机等拖动方法来使陀螺转子绕自转轴高速旋转,并使其转速近似为常值。(2) 常平架:陀螺仪的内、外框架,或称内、外环,它是使陀螺自转轴获得所需转动自由度的结构,同时也是支撑整个陀螺仪运转的机械结构。(3) 角度传感器 :用来测量陀螺仪内外环以及框架转轴之间的转动角度,此角度就是测量的飞机的姿态角。通常,陀螺系统中有两组角度传感器,一组安装在框架上,一组安装在外环相应的支撑结构上。(4) 力矩器:用来为主轴位置的修正提供修正力矩补偿。在陀螺系统中,一般有两组修正力矩器,分别安装在框架和外环支撑壳体上。 新型MEMS陀螺仪因其小型化、低成本和低功耗特点,逐渐取代传统陀螺仪在消费电子产品中的应用。
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。陀螺仪可以抵抗外界干扰和振动,提供稳定可靠的测量结果。天津陀螺仪
光纤陀螺仪具有抗电磁干扰、体积小、重量轻等特点,适用于复杂环境下的精确测量。轨检测量陀螺仪价位
陀螺仪作为惯性技术体系的重要一环,是惯性导航系统中的主要传感器,其技术的更迭前进与惯性技术的发展需求密不可分。转子陀螺仪拉开了陀螺仪工程化应用的序幕;光学陀螺仪具有里程碑的意义,在捷联式惯性导航系统中的成功应用,大幅改善了陀螺仪精度与稳定性、体积之间的矛盾;振动陀螺仪和原子陀螺仪等新型陀螺仪,在现阶段展示出了巨大潜力,正处于高速发展状态。陀螺仪技术对国家综合定位、导航、授时体系的建设有着重要意义,未来将不断向着高精度、高可靠性和小型化、低成本两大方向迈进,对陀螺仪技术的持续探索研究,仍将是国内外广大科技工作者密切关注的焦点。轨检测量陀螺仪价位