天津惯性导航系统厂商

陀螺仪是什么？陀螺仪器较早是用于航海导航，但随着科学技术的发展，它在航空和航天事业中也得到普遍的应用。陀螺仪器不只可以作为指示仪表，而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件，即可作为信号传感器。根据需要，陀螺仪器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号，以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线飞行，而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中，则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制。陀螺仪作为现代导航和控制技术中的重要组成部分，为多个领域的精确测量和定位提供了不可或缺的支持。天津惯性导航系统厂商

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。天津惯性导航系统厂商陀螺仪可以实现实时测量和反馈，用于实时控制和调整物体的姿态和位置。

陀螺仪的分类：按照原理，可以分为机电式陀螺仪（以经典力学为基础）、光电类陀螺仪（以近代物理学效应为基础），机电式陀螺仪（以经典力学为基础）：转子式陀螺仪：滚珠轴承支撑陀螺、液浮陀螺、气浮陀螺、静电陀螺等；新型振动陀螺仪：音叉陀螺、半球谐振陀螺、微机电陀螺（MEMS）等；光电类陀螺仪（以光学Sagnac效应测量运载体旋转运动为基础）；激光陀螺、光纤陀螺、原子干涉陀螺、集成光学陀螺等；机电式：高速旋转的机械转子，高速转子容易产生质量不平衡，容易受到加速度的影响；启动时间较长，且需要一定的预热时间；MEMS陀螺仪是利用 coriolis 定理，将旋转物体的角速度转换成与角速度成正比的直流电压信号。

另一个内部万向节安装在陀螺仪框架(外部万向节)中，以便围绕其自身平面的轴方向进行枢轴转动，且该轴方向总是垂直于陀螺仪框架(外部万向节)的枢轴线。由此这个内部万向节可以在两个角度上自由旋转。中心轮盘的旋转轴向就是旋转轴。转子被限制为绕着一个总是垂直于内部万向节的轴方向上旋转。所以转子可以在三个角度上自由旋转，其轴只有两个。中心轮盘出入轴上所施加的力会通过输出轴上的反作用力相应反馈出来。通过自行车的前轮，就可以很容易理解这些陀螺仪的运行。如果车轮偏离垂直方向，使车轮顶部向左移动，车轮的前缘也会向左转动。换句话说，在一个转动的轮盘的轴上的旋转会产生第三个轴上的旋转。陀螺仪的作用主要在于测量和记录物体的角速度和方向变化，是导航和惯性导航系统中不可或缺的部分。

陀螺仪的应用场景，惯性导航，在航空航天事业中普遍应用，配合GPS提高导航精度（感知方向/速度的改变），已知起始位置/朝向，将每个时刻的运动方向与朝向，通过积分运算后得到较终的朝向、位置信息。惯性姿态计算，体感操作（和平精英）、手势控制（Smart Car教育机器人）、空间音频（Airpods）、头部追踪（VR/AR头显）、飞控（无人机）、稳定（稳定器）。手机应用：计步、摄像头防抖、横竖屏感应切换、抬屏显示、360°视图显示（可以根据手机的方位与角度查看不同视角，eg.星空APP）、摇一摇激光式陀螺仪采用激光束在Sagnac效应中的干涉现象，实现高精度角速度测量。天津惯性导航系统厂商

陀螺仪可以测量物体的旋转速度和角度，从而帮助确定物体的方向和位置。天津惯性导航系统厂商

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。天津惯性导航系统厂商