谁能讲讲陀螺仪的原理?机械转子式陀螺仪的主要构造是高速旋转的陀螺转子和陀螺主轴。通过在陀螺主轴上安装内环架,即可构成单自由度陀螺仪(总共两自由度)。若再在外环架之外添加一环,则形成双自由度陀螺仪(共有三自由度)。再辅以驱动陀螺转子高速旋转的力矩马达和信号传感器等组件,一个完整的陀螺仪就诞生了。机械转子陀螺仪主要依赖角动量守恒定律中的定轴性和进动性两大特性来进行角速度测量。(1)定轴性指的是陀螺转子在高速旋转且没有外力作用时,其自转轴在惯性空间中会保持稳定不变的指向,即始终指向一个固定的方向。(2)进动性则表现为当陀螺转子高速旋转时,若外力矩作用于外环轴,陀螺主轴将绕内环转动;若外力矩作用于内环轴,陀螺主轴将绕外环转动。这种转动角速度的方向与外力矩的作用方向是相互垂直的。陀螺仪可以用于医疗设备的姿态稳定和运动追踪,提高手术的精确性和安全性。陕西陀螺仪厂家精选
陀螺仪飞轮会绕着输出轴转动或者不让该轴的转动,这取决于输出万向节的装配方式是自由的还是固定的。姿态基准陀螺仪就是一种自由输出万向节设备,可以用于感测或测量航天器或飞机的俯仰、滚转和偏航的姿态角。转子的重心可以在一个固定的位置。这样转子绕一个轴旋转的同时,还能够绕另外两个轴摆动。而且可以围绕这个固定点在任何方向自由转动(除了转子旋转引起的固有阻力以外)。一些陀螺仪用机械当量代替一个或多个元件。例如,旋转转子可以悬浮在流体中,而不是安装在万向节中。陕西陀螺仪厂家精选陀螺仪的工作原理基于角动量守恒定律,通过测量旋转部件的惯性变化来计算物体的角度和方向。
作为稳定器,陀螺仪器能使列车在单轨上行驶,能减小船舶在风浪中的摇摆,能使安装在飞机或卫星上的照相机相对地面稳定等等。作为精密测试仪器,陀螺仪器能够为地面设施、矿山隧道、地下铁路、石油钻探以及导弹发射井等提供准确的方位基准。由此可见,陀螺仪器的应用范围是相当普遍的,它在现代化的国家防护建设和国民经济建设中均占重要的地位。此处我们重点介绍在电子领域中现在比较流行的MEMS陀螺仪。普遍使用的MEMS陀螺(微机械)可应用于航空、航天、航海、兵器、汽车、生物医学、环境监控等领域。
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。机械式陀螺仪利用旋转物体的稳定性原理,通过检测陀螺仪壳体的转动角速度来确定方向。
到了第二次世界大战,各个国家都玩命的制造新式武器,德国人搞了飞弹去炸英国,这是这里导弹的雏形。从德国飞到英国,千里迢迢怎么让飞弹能飞到,还能落到目标呢?于是,德国人搞出来惯性制导系统。惯性制导系统采用用陀螺仪确定方向和角速度,用加速度计测试加速度,然后通过数学计算,就可以算出飞弹飞行的距离和路线,然后控制飞行姿态,争取让飞弹落到想去的地方。不过那时候计算机也好,仪器也好,精度都是不太够的,所以德国的飞弹偏差很大,想要炸伦敦,结果炸得到处都是,颇让英国人恐慌了一阵。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。陕西陀螺仪厂家精选
陀螺仪可以用于智能手机和游戏设备的姿态感应和运动控制,提供更好的用户体验。陕西陀螺仪厂家精选
在系统方面,陀螺仪的信号调节电路可简化为电机驱动部分和加速传感器感应电路两部分(图2): - 电机驱动部分通过静电激励方法,使驱动电路前后振荡,为机械元件提供励磁;感应部分通过测量电容变化来测量科里奥利力在感应质点上产生的位移,这是一个稳健、可靠的技术,被成功地用于ST的MEMS产品线,能够提供强度与施加在传感器上的角速率成正比的模拟或数字信号。 在控制电路内部有先进的电源关断功能,当不需要传感器功能时,可关闭整个传感器,或让其进入深度睡眠模式,以大幅降低陀螺仪的总功耗,当需要检测传感器上施加的角速率时,在接到用户的命令后,传感器可从睡眠模式中立即唤醒。陕西陀螺仪厂家精选