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。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。湖南惯性导航系统厂家精选
陀螺仪的前世今生,陀螺仪由1850年法国物理学家莱昂·傅科在研究地球自传中获得灵感而发明出来的,类似像是把一个高速旋转的陀螺放到一个万向支架上,靠陀螺的方向来计算角速度,和现在小巧的芯片造型大相径庭。陀螺仪发明以后,首先被用在航海上(当年还没有发明飞机),后来被用在航空上。因为飞机飞在空中,是无法像地面一样靠肉眼辨认方向的,而飞行中方向都看不清楚危险性极高,所以陀螺仪迅速得到了应用,成为飞行仪表的主要。湖南惯性导航系统厂家精选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。
陀螺仪作为惯性技术体系的重要一环,是惯性导航系统中的主要传感器,其技术的更迭前进与惯性技术的发展需求密不可分。转子陀螺仪拉开了陀螺仪工程化应用的序幕;光学陀螺仪具有里程碑的意义,在捷联式惯性导航系统中的成功应用,大幅改善了陀螺仪精度与稳定性、体积之间的矛盾;振动陀螺仪和原子陀螺仪等新型陀螺仪,在现阶段展示出了巨大潜力,正处于高速发展状态。陀螺仪技术对国家综合定位、导航、授时体系的建设有着重要意义,未来将不断向着高精度、高可靠性和小型化、低成本两大方向迈进,对陀螺仪技术的持续探索研究,仍将是国内外广大科技工作者密切关注的焦点。
陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角速度检测装置。利用其他原理制成的角速度检测装置起同样功能的也称陀螺仪。绕一个支点高速转动的刚体称为陀螺(top)。通常所说的陀螺是特指对称陀螺,它是一个质量均匀分布的、具有轴对称形状的刚体,其几何对称轴就是它的自转轴。在一定的初始条件和一定的外在力矩作用下,陀螺会在不停自转的同时,环绕着另一个固定的转轴不停地旋转,这就是陀螺的旋进(precession),又称为回转效应(gyroscopic effect)。陀螺旋进是日常生活中常见的现象,许多人小时候都玩过的陀螺就是一例。陀螺仪可以用于机器人的姿态控制和运动规划,提高机器人的灵活性和精确性。
惯性导航原理,惯性导航利用陀螺仪和加速度计测量载体在惯性参考系下的角速度和加速度,并对时间进行积分、运算得到速度和相对位置,且把它变换到导航坐标系中,这样结合较初的位置信息,就可以得到载体现在所处的位置。陀螺仪是一种稳定平衡装置,在航空,航海,手机,汽车等产业上有普遍应用,可以让装备陀螺仪的设备在运动过程中保持平衡稳定,并提供准确的方位,水平,加速度,速度等信息。水平陀螺仪指示水平方向,给飞行器的航向角修正提供信息。陀螺罗经是一种依靠陀螺仪指示真北的装置。它利用地球自转角速度和重力力矩的综合作用,能够使自转轴自动寻找真北,而不需要依靠地磁场。现在也有了长足的进步和发展。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。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。湖南惯性导航系统厂家精选
陀螺仪在航空航天领域的应用范围普遍,如飞行器姿态控制、惯性导航系统等。湖南惯性导航系统厂家精选
随着物理学的不断发展和进步,陀螺仪的种类也日趋丰富,精度也在不断提高。目前广为人知的陀螺仪类型有光纤陀螺仪、激光陀螺仪和MEMS陀螺仪等。虽然MEMS陀螺仪在精度上可能不如光纤和激光陀螺仪,但其体积小、功耗低、成本低且易于批量生产的特点,使其在自动驾驶领域发挥着举足轻重的作用。MEMS陀螺仪的角速度测量原理基于一种非真实存在的力——科里奥利力。这种力是在非惯性参考系下引入的惯性力,引入之后便可以应用牛顿经典力学定律。我们假设一个黑色质量块以特定的速度V沿着一个方向移动,当外部角速率被施加时,会产生一个垂直于施加角速度方向的力,导致质量块发生位移。湖南惯性导航系统厂家精选
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