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陀螺仪(来自古希腊语的γῦροςgûros "圆形或者旋转" 和σκοπέω skopéō "看到的"),是用于测量或维护方位和角速度的设备。它是一个旋转的轮子或圆盘,其中旋转轴可以不受影响的设定在任何方向。当旋转发生时,根据角动量守恒定律,该轴的方向不受支架倾斜或旋转的影响。还有一些使用其他工作原理的陀螺仪,例如,在电子设备中可以看到的使用微芯片封装的微机电(MEMS)陀螺仪、固态环形激光器、光纤陀螺仪和极其灵敏的量子陀螺仪。现代陀螺仪采用微电子技术,实现小型化、集成化和智能化,提高系统性能。黑龙江惯性导航系统厂家精选
陀螺仪的基本构成(以机械式陀螺仪为例):(1)转子:常使用电机(比如同步电机、磁滞电机、三相交流电机等)驱动陀螺转子绕其自转轴高速旋转,并使其转速近似保持为常值;(2)自转轴;(3)万向坐标系(内、外环):使陀螺自转轴获得所需角转动自由度;(4)力矩马达、信号传感器等。使用陀螺仪/利用陀螺仪原理的产品/设备,惯性导航仪、体感设备(Joycon/wii等)、智能手机、穿戴设备(智能手表/手环)、飞行器/无人机、电子摄影设备、稳定器、AR/VR、机器人、游戏控制器/游戏手柄、自行车(轮子转的越快越不容易倒)。黑龙江惯性导航系统厂家精选与其他传感器(如加速度计)相结合,陀螺仪能实现更为精确的姿态解算。
传感器,陀螺仪传感器是一个简单易用的基于自由空间移动和手势的定位和控制系统。在假象的平面上挥动鼠标,屏幕上的光标就会跟着移动,并可以绕着链接画圈和点击按键。当你正在演讲或离开桌子时,这些操作都能够很方便地实现。 陀螺仪传感器原本是运用到直升机模型上的,目前已经被普遍运用于手机这类移动便携设备上(IPHONE的三轴陀螺仪技术)。MEMS陀螺仪,基于MEMS的陀螺仪价格相比光纤或者激光陀螺便宜很多,但使用精度非常低,需要使用参考传感器进行补偿,以提高使用精度。ADI公司是低成本的MEMS陀螺仪的主要制造商,VMSENS提供的AHRS系统正是通过这种方式,对低成本的MEMS陀螺仪进行辅助补偿实现的。基于MEMS 技术的陀螺因其成本低,能批量生产,已经能够普遍应用于汽车牵引控制系统、医用设备、特种设备等低成本需求应用中。
陀螺仪的分类:按照原理,可以分为机电式陀螺仪(以经典力学为基础)、光电类陀螺仪(以近代物理学效应为基础),机电式陀螺仪(以经典力学为基础):转子式陀螺仪:滚珠轴承支撑陀螺、液浮陀螺、气浮陀螺、静电陀螺等;新型振动陀螺仪:音叉陀螺、半球谐振陀螺、微机电陀螺(MEMS)等;光电类陀螺仪(以光学Sagnac效应测量运载体旋转运动为基础);激光陀螺、光纤陀螺、原子干涉陀螺、集成光学陀螺等;机电式:高速旋转的机械转子,高速转子容易产生质量不平衡,容易受到加速度的影响;启动时间较长,且需要一定的预热时间;MEMS陀螺仪是利用 coriolis 定理,将旋转物体的角速度转换成与角速度成正比的直流电压信号。在飞行器制导系统中,陀螺仪发挥关键作用,确保飞行器按预定航线飞行。
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。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。基本上陀螺仪是一种机械装置,其主要部分是一个绕旋转轴以极高角速度旋转的转子,转子装在一支架内;在通过转子中心轴XX1上加一内环架,那么陀螺仪就可环绕平面两轴作自由运动;然后,在内环架外加上一外环架,则这个陀螺仪有两个平衡环,可以环绕平面 [2]三轴作自由运动,成为一个完整的太空陀螺仪(space gyro)。陀螺仪特点包括响应速度快、精度高、不受外部环境影响等,能够提供可靠的姿态控制和导航信息。黑龙江惯性导航系统厂家精选
未来,陀螺仪将进一步融合人工智能技术,实现更智能、更高效的数据处理和应用。黑龙江惯性导航系统厂家精选
1950s,美国查尔斯·史塔克·德雷伯实验室,采用液浮支撑技术,研制出液浮陀螺仪,使陀螺仪的精度达到了惯性级要求。1960s,美国罗伯特·克雷格,研制出动力调谐陀螺仪,在战术导弹和特种飞机等平台成功应用1963,美国研制出激光陀螺仪,随后将其应用到飞机与战术导弹1964,美国研制出静电陀螺仪,并于1979年将其应用于“三叉戟”弹道导弹核潜艇,使得潜艇导航能力实现质的飞跃1990s,以微机电陀螺仪(MEMS)、半球谐振陀螺仪(RG)为表示的振动陀螺仪,以及以核磁共振陀螺仪(NMRG)、原子干涉陀螺仪(AIG)为表示的原子陀螺仪快速发展。黑龙江惯性导航系统厂家精选
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