我們以一個單軸偏航陀螺儀為例,探討較簡單的工作原理(圖1)。兩個正在運動的質點向相反方向做連續(xù)運動,如藍色箭頭所示。只要從外部施加一個角速率,就會產生一個與質點運動方向垂直的科里奧利力,如圖中黃色箭頭所示。產生的科里奧利力使感應質點發(fā)生位移,位移大小與所施加的角速率大小成正比。因為傳感器感應部分的運動電極(轉子)位于固定電極(定子)的側邊,上面的位移將會在定子和轉子之間引起電容變化,因此,在陀螺儀輸入部分施加的角速率被轉化成一個專門使用電路可以檢測的電參數。陀螺儀可以實現高精度的姿態(tài)控制,用于飛行器、導彈等的穩(wěn)定控制。北京船用慣性導航系統(tǒng)
換句話說,平臺開發(fā)商可利用較新的MEMS技術,將慣性傳感器與較傳統(tǒng)的GPS系統(tǒng)配合使用,能夠在衛(wèi)星信號很弱的高樓林立的市區(qū)或根本沒有信號的室內或地鐵環(huán)境中提供導航服務。在不久的將來,準確的方位信息與服務廠商提供的附加中間數據將會整合在一起,并顯示在用戶的手機顯示屏幕上,這種定位關聯(lián)服務將會為手機用戶帶來好處,例如,手機用戶可以獲得位于某一個購物中心內的所有商鋪的準確信息,找到想要購買的產品的方位提示,接收根據用戶興趣訂制的商品特價和打折信息。遼寧陀螺儀供應商光纖陀螺儀利用光纖環(huán)路的Sagnac效應,通過檢測相位差來獲得角速度信息。
由于光纖陀螺儀具有結構緊湊,靈敏度高,工作可靠等等優(yōu)點,所以目前光纖陀螺儀在很多的領域已經完全取代了機械式的傳統(tǒng)的陀螺儀,成為現代導航儀器中的關鍵部件。同時,激光陀螺儀也有突破,它通過光程差來測量旋轉角速度,優(yōu)點和光纖陀螺儀差不多,但成本高一些。而我們現在智能手機上采用的陀螺儀是MEMS(微機電)陀螺儀,它精度并不如前面說到的光纖和激光陀螺儀,需要參考其他傳感器的數據才能實現功能,但其體積小、功耗低、易于數字化和智能化,特別是成本低,易于批量生產,非常適合手機、汽車牽引控制系統(tǒng)、醫(yī)療器材這些需要大規(guī)模生產的設備。
到了第二次世界大戰(zhàn),各個國家都玩命的制造新式武器,德國人搞了飛彈去炸英國,這是這里導彈的雛形。從德國飛到英國,千里迢迢怎么讓飛彈能飛到,還能落到目標呢?于是,德國人搞出來慣性制導系統(tǒng)。慣性制導系統(tǒng)采用用陀螺儀確定方向和角速度,用加速度計測試加速度,然后通過數學計算,就可以算出飛彈飛行的距離和路線,然后控制飛行姿態(tài),爭取讓飛彈落到想去的地方。不過那時候計算機也好,儀器也好,精度都是不太夠的,所以德國的飛彈偏差很大,想要炸倫敦,結果炸得到處都是,頗讓英國人恐慌了一陣。陀螺儀利用陀螺效應,即旋轉物體的角動量會保持不變,來測量物體的旋轉。
轉子陀螺儀,液浮陀螺儀經過幾十年的發(fā)展,技術上已相對成熟,目前主要作為敏感傳感器應用到武器系統(tǒng)上,以實現隨動跟蹤與制導,但在降低溫控裝置功耗和噪聲等方面,仍有提升空間。動力調諧陀螺儀,在20世紀70年代到20世紀90年代被普遍應用,但隨著光學陀螺儀技術的出現和發(fā)展,其各方面性能指標均不占優(yōu)勢,在各領域逐漸被光學陀螺儀所取代,目前國內外已基本停止了對動力調諧陀螺儀的研究。靜電陀螺儀仍是目前實際應用中,精度較高的陀螺儀,但由于其工藝復雜、成本昂貴、抗干擾能力差等缺陷,如今只在高精度慣性導航系統(tǒng)中繼續(xù)應用,受關注度較低,各國正努力尋求其替代品,未來進一步發(fā)展的空間相對受限。未來,隨著人工智能和自動駕駛技術的發(fā)展,陀螺儀將繼續(xù)發(fā)揮關鍵作用,支持智能交通和自動化系統(tǒng)的實現。遼寧陀螺儀供應商
機械式陀螺儀的結構簡單,制造成本低,但精度相對較低,適用于中低精度場合。北京船用慣性導航系統(tǒng)
陀螺儀在航空飛行領域的應用:由于各種電子設備和電腦控制的高科技發(fā)展,各種現代飛機的設計大多數都是靜不穩(wěn)定的,必須利用電子設備和電腦來輔助控制來使飛機取得良好的飛行控制。這種飛機單純依靠飛行員手指來控制難度會加大。飛機雖然仍能飛行,但是會出現不同程度的搖晃不定,總是處于一種不穩(wěn)定的飛行狀態(tài)。有時重心設定的不太準確,稍微有差別,也會使飛機飛行不太穩(wěn)定??罩杏懈鞣N亂流,也會使飛機飛行不夠穩(wěn)定,這時就使用陀螺儀增穩(wěn),飛機就會一直平穩(wěn)的飛行,讓飛行員感覺更容易操控飛機,做出各種動作也更加標準。北京船用慣性導航系統(tǒng)