陀螺仪分为单自由度陀螺仪与双自由度陀螺仪,双自由度陀螺仪为陀螺转子增加了两个自由度,即为双自由度陀螺仪。单自由度陀螺仪为陀螺转子增加了一个自由度。两种陀螺仪均可敏感角速度,只不过陀螺仪进动性表现不同。下面以单自由度陀螺仪解释陀螺仪敏感角速度原理。惯性器件:陀螺仪敏感角速度原理。单自由度陀螺仪内部构造。z轴为陀螺转子主轴(虚线为陀螺转子);y轴为缺少自由度的轴,也为输入轴;x轴为输出轴。由上述分析可知,x,z方向的角速度并不能使转子随着基座运动,即相对惯性空间不变;当且只当y轴方向的角速度使的转子在x轴方向进动,即相对于惯性空间运动。因此测量x轴的角速度即可测量载体在y轴的角速度。总之,单自由度陀螺仪可以敏感某一轴相对惯性空间的角速度。陀螺仪可以用于激光测距仪的姿态校准和精确测量,提高测量的准确性。山东陀螺仪厂商
更确切地说,一个绕对称轴高速旋转的飞轮转子叫陀螺。将陀螺安装在框架装置上,使陀螺的自转轴有角转动的自由度,这种装置的总体叫做陀螺仪。根据二自由度陀螺仪中所使用的反作用力矩的性质,可以把这种陀螺仪分成三种类型:速率陀螺仪(它使用的反作力矩是弹性力矩);积分陀螺仪(它使用的反作用力矩是阻尼力矩);无约束陀螺(它只有惯性反作用力矩);除了机、电框架式陀螺仪以外,还出现了某些新型陀螺仪,如静电式自由转子陀螺仪,挠性陀螺仪,激光陀螺仪等。山东陀螺仪厂商虚拟现实(VR)设备中,陀螺仪用于捕捉用户头部运动,提供沉浸式体验。
陀螺仪在航空飞行领域的应用:由于各种电子设备和电脑控制的高科技发展,各种现代飞机的设计大多数都是静不稳定的,必须利用电子设备和电脑来辅助控制来使飞机取得良好的飞行控制。这种飞机单纯依靠飞行员手指来控制难度会加大。飞机虽然仍能飞行,但是会出现不同程度的摇晃不定,总是处于一种不稳定的飞行状态。有时重心设定的不太准确,稍微有差别,也会使飞机飞行不太稳定。空中有各种乱流,也会使飞机飞行不够稳定,这时就使用陀螺仪增稳,飞机就会一直平稳的飞行,让飞行员感觉更容易操控飞机,做出各种动作也更加标准。
研究陀螺仪运动特性的理论是绕定点运动刚体动力学的一个分支,它以物体的惯性为基础,研究旋转物体的动力学特性。陀螺垂直仪,利用摆式敏感元件对三自由度陀螺仪施加修正力矩以指示地垂线的仪表,又称陀螺水平仪。陀螺仪的壳体利用随动系统跟踪转子轴位置,当转子轴偏离地垂线时,固定在壳体上的摆式敏感元件输出信号使力矩器产生修正力矩,转子轴在力矩作用下旋进回到地垂线位置。陀螺垂直仪是除陀螺摆以外应用于航空和航海导航系统的又一种地垂线指示或量测仪表。陀螺仪具有高灵敏度、高稳定性和抗干扰能力,能满足各种极端环境下的测量需求。
单自由度陀螺仪给陀螺增加了一个自由度,共有两个自由度。单自由度陀螺仪模型如图3所示,x、y、z分别为陀螺仪的三个周,x方向没有自由度。转子飞速转动的动量H沿z轴方向。当基座绕z轴转动或y轴转动时,由于内框架具有隔离运动作用,转子不会随着基座的转动而转动。当基座绕x轴转动时,内框架轴有一对力F作用在内框架轴的两端,形成力矩M_x,方向沿x轴方向。由于陀螺仪没有该方向的转动自由度,力矩M_x使陀螺仪绕内框架进动,沿y轴方向。总之,单自由度陀螺仪可敏感缺少自由度方向的角速度。激光陀螺仪的精度较高,但成本相对较高,多用于航空航天等高精度场合。山东陀螺仪厂商
机械式陀螺仪通过旋转部件的惯性来感知角度变化,凭借其稳定性和简单性被普遍应用于航空航天领域。山东陀螺仪厂商
其稳定性随以下的物理量而改变:1、转子的转动惯量愈大,稳定性愈好;2、转子角速度愈大,稳定性愈好。所谓的“转动惯量”,是描述刚体在转动中的惯性大小的物理量。当以相同的力矩分别作用于两个绕定轴转动的不同刚体时,它们所获得的角速度一般是不一样的,转动惯量大的刚体所获得的角速度小,也就是保持原有转动状态的惯性大;反之,转动惯量小的刚体所获得的角速度大,也就是保持原有转动状态的惯性小。进动性,当转子高速旋转时,若外力矩作用于外环轴,陀螺仪将绕内环轴转动;若外力矩作用于内环轴,陀螺仪将绕外环轴转动。其转动角速度方向与外力矩作用方向互相垂直。这种特性,叫做陀螺仪的进动性。进动性的大小有三个影响的因素:1、外界作用力愈大,其进动角速度也愈大;2、转子的转动惯量愈大,进动角速度愈小;3、转子的角速度愈大,进动角速度愈小。山东陀螺仪厂商