垂直陀螺儀整個(gè)裝置內(nèi)部分為上下兩部分,上半艙容納陀螺儀的機(jī)電設(shè)備,下半艙則包含了所有的系統(tǒng)電子器件。上半艙的基本部件主要由陀螺轉(zhuǎn)子、常平架、角度傳感器、力矩器四個(gè)部分構(gòu)成。(1)陀螺轉(zhuǎn)子:常采用同步電機(jī)、磁滯電機(jī)、三相交流電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)等拖動(dòng)方法來(lái)使陀螺轉(zhuǎn)子繞自轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn),并使其轉(zhuǎn)速近似為常值。(2) 常平架:陀螺儀的內(nèi)、外框架,或稱內(nèi)、外環(huán),它是使陀螺自轉(zhuǎn)軸獲得所需轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的結(jié)構(gòu),同時(shí)也是支撐整個(gè)陀螺儀運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。(3) 角度傳感器 :用來(lái)測(cè)量陀螺儀內(nèi)外環(huán)以及框架轉(zhuǎn)軸之間的轉(zhuǎn)動(dòng)角度,此角度就是測(cè)量的飛機(jī)的姿態(tài)角。通常,陀螺系統(tǒng)中有兩組角度傳感器,一組安裝在框架上,一組安裝在外環(huán)相應(yīng)的支撐結(jié)構(gòu)上。(4) 力矩器:用來(lái)為主軸位置的修正提供修正力矩補(bǔ)償。在陀螺系統(tǒng)中,一般有兩組修正力矩器,分別安裝在框架和外環(huán)支撐殼體上。 在飛行器制導(dǎo)系統(tǒng)中,陀螺儀發(fā)揮關(guān)鍵作用,確保飛行器按預(yù)定航線飛行??拐鹜勇輧x生產(chǎn)廠家
陀螺儀的發(fā)展歷程:機(jī)械式 → 小型芯片狀。1850年,法國(guó)物理學(xué)家,萊昂·傅科,發(fā)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)子由于慣性作用,其旋轉(zhuǎn)軸永遠(yuǎn)指向固定方向,故用希臘字gyro(旋轉(zhuǎn))和skopein(看)來(lái)命名這種設(shè)備,即陀螺儀(gyro scope),并利用陀螺儀驗(yàn)證了地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。1908年,德國(guó)科學(xué)家,赫爾曼·安許茨·肯普費(fèi),設(shè)計(jì)一種單轉(zhuǎn)子擺式陀螺,該系統(tǒng)可以憑借重力力矩自動(dòng)尋找方向,解決了艦船導(dǎo)航的問(wèn)題。二戰(zhàn)期間,德國(guó),利用陀螺儀,為V-2火箭裝備了慣性制導(dǎo)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)陀螺儀技術(shù)在導(dǎo)彈制導(dǎo)領(lǐng)域的初次應(yīng)用。使用陀螺儀確定方向和角速度,使用加速度計(jì)計(jì)算加速度,計(jì)算得出飛彈飛行的距離與路線,同時(shí)控制飛行姿態(tài),以爭(zhēng)取讓飛彈落到想去的地方吉林航姿儀現(xiàn)貨直發(fā)未來(lái),陀螺儀將進(jìn)一步融合人工智能技術(shù),實(shí)現(xiàn)更智能、更高效的數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用。
陀螺儀在現(xiàn)代科技中扮演著不可或缺的角色。從導(dǎo)航定位到穩(wěn)定控制,從虛擬現(xiàn)實(shí)到科學(xué)研究,陀螺儀的應(yīng)用范圍普遍且重要。隨著科技的不斷發(fā)展,陀螺儀的性能和應(yīng)用也將得到進(jìn)一步提升和拓展。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)就是陀螺儀的一種應(yīng)用。例如,哈勃望遠(yuǎn)鏡,或用在水下潛艇的鋼制船體內(nèi)。由于陀螺儀所具有的精度,其也被用于維護(hù)隧道采礦方向的回轉(zhuǎn)經(jīng)緯儀。[4] 陀螺儀還可用于制作陀螺羅盤(pán),用以補(bǔ)充或替代普通載具、船舶、飛機(jī)或空間飛船中使用的磁羅盤(pán),或者輔助自行車(chē)、摩托車(chē)和船舶的穩(wěn)定性,同時(shí)也可以用作慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的一部分。微機(jī)電陀螺儀在智能手機(jī)等電子消費(fèi)品中很受歡迎。
下面,我們以單自由度陀螺儀為例,來(lái)解析角速度測(cè)量的原理。單自由度陀螺儀的簡(jiǎn)化模型如下圖所示,其中x、y、z分別表示陀螺儀的三個(gè)軸。假設(shè)基座被固定在汽車(chē)上,y軸即為汽車(chē)的前進(jìn)方向。當(dāng)汽車(chē)?yán)@y軸或z軸旋轉(zhuǎn)時(shí),內(nèi)環(huán)起到了隔離運(yùn)動(dòng)的作用,陀螺轉(zhuǎn)軸并不會(huì)隨汽車(chē)轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。但當(dāng)汽車(chē)?yán)@x軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),內(nèi)環(huán)上會(huì)產(chǎn)生一對(duì)力F,形成沿x軸方向的力矩mx。由于陀螺儀在x軸方向沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度,力矩mx將使陀螺主軸繞內(nèi)環(huán)y軸進(jìn)動(dòng)。因此,通過(guò)測(cè)量y軸的角速度,我們可以間接測(cè)量到汽車(chē)在x軸的角速度。具體的建模和求解過(guò)程需要基于動(dòng)量矩定理,這里不再詳細(xì)展開(kāi)。陀螺儀的特點(diǎn)之一是響應(yīng)速度快,可實(shí)時(shí)反饋物體的角速度變化。
不過(guò),從此以后,以陀螺儀為主要的慣性制導(dǎo)系統(tǒng)就被普遍應(yīng)用于航空航天,這里的導(dǎo)彈里面依然有這套東西,而隨著需求的刺激,陀螺儀也在不斷進(jìn)化。傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要是指機(jī)械式的陀螺儀,機(jī)械式的陀螺儀對(duì)工藝結(jié)構(gòu)的要求很高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,它的精度受到了很多方面的制約。自從上個(gè)世紀(jì)七十年代以來(lái),現(xiàn)代陀螺儀的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。1976年等提出了現(xiàn)代光纖陀螺儀的基本設(shè)想,到八十年代以后,現(xiàn)代光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發(fā)展,與此同時(shí)激光諧振陀螺儀也有了很大的發(fā)展。機(jī)械式陀螺儀的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造成本低,但精度相對(duì)較低,適用于中低精度場(chǎng)合。抗震陀螺儀生產(chǎn)廠家
陀螺儀利用陀螺效應(yīng),即旋轉(zhuǎn)物體的角動(dòng)量會(huì)保持不變,來(lái)測(cè)量物體的旋轉(zhuǎn)??拐鹜勇輧x生產(chǎn)廠家
集成光學(xué)陀螺儀,隨著集成光路的發(fā)展,可在單塊芯片上實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的功能,可以將幾毫米直徑的集成環(huán)形腔激光器、光電檢測(cè)電路都集成在同一芯片上,作為集成光學(xué)陀螺儀的敏感元件,這樣可以較大程度上減小現(xiàn)有光學(xué)陀螺儀的質(zhì)量和尺寸,降低成本和功耗,更好地控制熱效應(yīng),增加可靠性,因此利用集成光學(xué)技術(shù)制造的光學(xué)陀螺儀具有良好的發(fā)展前景。目前,圍繞著集成環(huán)形腔激光器已經(jīng)展開(kāi)了普遍的研究,但是關(guān)鍵技術(shù)還有待突破。此外,包括核磁諧振和超流體等的頂端技術(shù)也已經(jīng)得到了驗(yàn)證,未來(lái)也將在新型陀螺儀上得到應(yīng)用。將一個(gè)陀螺放置在桌面上,它會(huì)向一個(gè)方向傾倒,但如果將其旋轉(zhuǎn)起來(lái),它便能夠穩(wěn)穩(wěn)地立在桌子上,只要旋轉(zhuǎn)不止,它就不會(huì)傾倒。抗震陀螺儀生產(chǎn)廠家