原子陀螺儀,由于各國的高度關(guān)注,原子陀螺儀技術(shù)不斷取得突破性進(jìn)展,已開始逐漸從實(shí)驗(yàn)室步入工程化并較終通往產(chǎn)業(yè)化。核磁共振陀螺儀具有體積小、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等明顯特點(diǎn),與MEMS工藝技術(shù)相結(jié)合,有望實(shí)現(xiàn)芯片型慣性級陀螺儀,并以捷聯(lián)式方案應(yīng)用到微小型戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、微小衛(wèi)星、小型飛行器和自主式水下航行器等裝備上。原子干涉陀螺儀具有超髙的理論精度,特別適合作為高精度平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的傳感器,應(yīng)用到戰(zhàn)略武器裝備上,但目前來看,原子干涉陀螺儀距離較終產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用仍面臨許多技術(shù)困難,需要做好中長期的規(guī)劃部署。未來,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。高動態(tài)慣導(dǎo)作用
陀螺儀器較早是用于航海導(dǎo)航,但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,它在航空和航天事業(yè)中也得到普遍的應(yīng)用。陀螺儀器不只可以作為指示儀表,而更重要的是它可以作為自動控制系統(tǒng)中的一個敏感元件,即可作為信號傳感器。根據(jù)需要,陀螺儀器能提供準(zhǔn)確的方位、水平、位置、速度和加速度等信號,以便駕駛員或用自動導(dǎo)航儀來控制飛機(jī)、艦船或航天飛機(jī)等航行體按一定的航線飛行,而在導(dǎo)彈、衛(wèi)星運(yùn)載器或空間探測火箭等航行體的制導(dǎo)中,則直接利用這些信號完成航行體的姿態(tài)控制和軌道控制??拐鸷阶藘x制造商與其他傳感器(如加速度計(jì))相結(jié)合,陀螺儀能實(shí)現(xiàn)更為精確的姿態(tài)解算。
光學(xué)陀螺儀,光學(xué)陀螺儀因其精度高、穩(wěn)定性高、體積小、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢,是目前捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中使用的主流產(chǎn)品,在市場中仍占據(jù)著主導(dǎo)地位。激光陀螺儀近年來不斷朝著高精度、小型化、低成本的方向快速發(fā)展,但如何更有效地減小閉鎖效應(yīng),更好地提升激光陀螺儀的精度仍是亟待突破的難題。光纖陀螺儀雖然晚于激光陀螺儀出現(xiàn),但發(fā)展勢頭迅猛,美國、法國、俄羅斯和日本等發(fā)達(dá)國家,研制的新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn),滿足了不同領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用需求,下階段,融合多種技術(shù),從精度、穩(wěn)定性、體積和成本等方面提高光纖陀螺儀的整體性能,并采用有效手段克服外界環(huán)境的影響,將是光纖陀螺儀的重點(diǎn)研究方向。
另一個內(nèi)部萬向節(jié)安裝在陀螺儀框架(外部萬向節(jié))中,以便圍繞其自身平面的軸方向進(jìn)行樞軸轉(zhuǎn)動,且該軸方向總是垂直于陀螺儀框架(外部萬向節(jié))的樞軸線。由此這個內(nèi)部萬向節(jié)可以在兩個角度上自由旋轉(zhuǎn)。中心輪盤的旋轉(zhuǎn)軸向就是旋轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)子被限制為繞著一個總是垂直于內(nèi)部萬向節(jié)的軸方向上旋轉(zhuǎn)。所以轉(zhuǎn)子可以在三個角度上自由旋轉(zhuǎn),其軸只有兩個。中心輪盤出入軸上所施加的力會通過輸出軸上的反作用力相應(yīng)反饋出來。通過自行車的前輪,就可以很容易理解這些陀螺儀的運(yùn)行。如果車輪偏離垂直方向,使車輪頂部向左移動,車輪的前緣也會向左轉(zhuǎn)動。換句話說,在一個轉(zhuǎn)動的輪盤的軸上的旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生第三個軸上的旋轉(zhuǎn)。光纖陀螺儀利用光纖環(huán)路的Sagnac效應(yīng),通過檢測相位差來獲得角速度信息。
下面,我們以單自由度陀螺儀為例,來解析角速度測量的原理。單自由度陀螺儀的簡化模型如下圖所示,其中x、y、z分別表示陀螺儀的三個軸。假設(shè)基座被固定在汽車上,y軸即為汽車的前進(jìn)方向。當(dāng)汽車?yán)@y軸或z軸旋轉(zhuǎn)時,內(nèi)環(huán)起到了隔離運(yùn)動的作用,陀螺轉(zhuǎn)軸并不會隨汽車轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。但當(dāng)汽車?yán)@x軸轉(zhuǎn)動時,內(nèi)環(huán)上會產(chǎn)生一對力F,形成沿x軸方向的力矩mx。由于陀螺儀在x軸方向沒有轉(zhuǎn)動自由度,力矩mx將使陀螺主軸繞內(nèi)環(huán)y軸進(jìn)動。因此,通過測量y軸的角速度,我們可以間接測量到汽車在x軸的角速度。具體的建模和求解過程需要基于動量矩定理,這里不再詳細(xì)展開。陀螺儀在導(dǎo)航系統(tǒng)中,可以提供準(zhǔn)確的方向和位置信息,用于船舶、飛機(jī)等的導(dǎo)航。浙江陀螺儀行價
陀螺儀分為機(jī)械式、激光式和光纖式三大類,各自具有獨(dú)特的優(yōu)勢和局限性。高動態(tài)慣導(dǎo)作用
現(xiàn)在智能手機(jī)上采用的陀螺儀是MEMS(微機(jī)電)陀螺儀,手機(jī)中陀螺儀的運(yùn)用首先用在游戲的控制上,相比傳統(tǒng)重力感應(yīng)器只能感應(yīng)左右兩個維度的(多軸的重力感應(yīng)是可以檢測到物體豎直方向的轉(zhuǎn)動,但角度難判斷)變化,陀螺儀通過對偏轉(zhuǎn)、傾斜等動作角速度的測量,可以實(shí)現(xiàn)用手控制游戲主角的視野和方向??梢詭椭謾C(jī)攝像頭防抖。在我們按下快門時,陀螺儀測量出手機(jī)翻轉(zhuǎn)的角度,將手抖產(chǎn)生的偏差反饋給圖像處理器,用計(jì)算出的結(jié)果控制補(bǔ)償鏡片組,對鏡頭的抖動方向以及位移作出補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)更清晰的拍照效果。高動態(tài)慣導(dǎo)作用
航向姿態(tài)系統(tǒng)是一種測量、顯示飛機(jī)航向角、俯仰角和滾轉(zhuǎn)角的飛行儀表。它由全姿態(tài)陀螺儀、磁航向傳感器或天... [詳情]
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