陀螺儀是將一個中心輪盤安裝在兩個或三個萬向節(jié)上的裝置。這些萬向節(jié)通過樞軸支撐可以使這個中心輪盤繞單個軸旋轉。如果三個萬向節(jié)為一組,且每一個都通過正交的樞軸安裝在另一個上,就可以使安裝在較內(nèi)萬向節(jié)上的中心輪盤具有其自身的單獨方向,區(qū)別于其支架在空間中的方位。若是兩個萬向節(jié)為一組,做為該陀螺儀的框架的外部萬向節(jié),被安裝成可以繞自身支架所在平面內(nèi)的軸方向進行樞軸旋轉。所以這個外部萬向節(jié)只可以在一個角度上自由旋轉。陀螺儀可以實現(xiàn)自動駕駛和無人駕駛技術,提供準確的定位和導航功能。上海軌檢測量慣性導航系統(tǒng)
光纖陀螺儀的原理是利用光程的變化檢測出兩條光路的相位差,就可以測出光路旋轉角速度,主要用于航空,航海,航天和國家防護工業(yè)和農(nóng)業(yè)領域。微機電陀螺儀MEMS一般會用在手機等電子產(chǎn)品上,通常有兩個方向的可移動電容板,徑向的電容板加震蕩電壓迫使物體做徑向運動,橫向的電容板測量由于橫向運動帶來的電容變化,所以由電容的變化可以計算出角速度。所以,陀螺儀不光是用在手機里那么簡單,大到航海,航空和航天,導彈、衛(wèi)星運載器,國家防護等領域,并且地面設施、礦山隧道、地下鐵路、石油鉆探都離不開它。在生活中汽車導行,手機,環(huán)境監(jiān)控等領域都需要陀螺儀的參與。自動化采煤慣性導航系統(tǒng)陀螺儀可以測量物體的旋轉速度和角度,從而幫助確定物體的方向和位置。
激光陀螺儀,它的結構原理與上面幾種陀螺儀完全不同。激光陀螺實際上是一種環(huán)形激光器,沒有高速旋轉的機械轉子,但它利用激光技術測量物體相對于慣性空間的角速度,具有速率陀螺儀的功能。激光陀螺儀的結構和工作是:用熱膨脹系數(shù)極小的材料制成三角形空腔。在空腔的各頂點分別安裝三塊反射鏡,形成閉合光路。腔體被抽成真空,充以氦氖氣,并裝設電極,形成激光發(fā)生器。激光發(fā)生器產(chǎn)生兩束射向相反的激光。當環(huán)形激光器處于靜止狀態(tài)時,兩束激光繞行一周的光程相等,因而頻率相同,兩個頻率之差(頻差)為零,干涉條紋為零。當環(huán)形激光器繞垂直于閉合光路平面的軸轉動時,與轉動方向一致的那束光的光程延長,波長增大,頻率降低;另一束光則相反,因而出現(xiàn)頻差,形成干涉條紋。單位時間的干涉條紋數(shù)正比于轉動角速度。激光陀螺的漂移率低達0.1~0.01度/時,可靠性高,不受線加速度等的影響,已在飛行器的慣性導航中得到應用,是很有發(fā)展前途的新型陀螺儀。
陀螺儀,是一種用來感測與維持方向的裝置,基于「角動量守恒」的理論設計出來的。陀螺儀主要是由一個位于軸心可以旋轉的輪子構成,陀螺儀一旦開始旋轉,由于輪子的「角動量」,陀螺儀有抗拒方向改變的趨向。陀螺儀多用于導航、定位等系統(tǒng),1850 年法國的物理學家 J.Foucault 為了研究地球自轉,首先發(fā)現(xiàn)高速轉動中的轉子,由于「慣性」作用它的旋轉軸永遠指向一固定方向,他用希臘字 gyro(旋轉)和 skopein(看)兩字合為 gyro scopei 一字來命名這種儀表。激光陀螺儀因其高精度和長期穩(wěn)定性,在導航系統(tǒng)、慣性導航系統(tǒng)及科研實驗中得到普遍應用。
陀螺儀在手機中的應用主要體現(xiàn)在以下幾個方面:1、可以和手機上的攝像頭配合使用。比如防抖,在拍照時的維持圖像的穩(wěn)定,防止由于手的抖動對拍照質量的影響。在按下快門時,記錄手的抖動動作,將手的抖動反饋給圖像處理器,可以讓手機捕捉到更清晰穩(wěn)定的畫面。2、各類游戲的傳感器。比如飛行游戲,體育類游戲,甚至包括一些頭一視角類射擊游戲,陀螺儀完整監(jiān)測游戲者手的位移,從而實現(xiàn)各種游戲操作效果。有關這點,想必用過任天堂WII的網(wǎng)友會有很深的感受。陀螺儀的主要作用是測量和維持物體的角速度和姿態(tài),為導航、制導等領域提供支持。上海軌檢測量慣性導航系統(tǒng)
未來,陀螺儀將進一步融合人工智能技術,實現(xiàn)更智能、更高效的數(shù)據(jù)處理和應用。上海軌檢測量慣性導航系統(tǒng)
陀螺儀的基本構成(以機械式陀螺儀為例):(1)轉子:常使用電機(比如同步電機、磁滯電機、三相交流電機等)驅動陀螺轉子繞其自轉軸高速旋轉,并使其轉速近似保持為常值;(2)自轉軸;(3)萬向坐標系(內(nèi)、外環(huán)):使陀螺自轉軸獲得所需角轉動自由度;(4)力矩馬達、信號傳感器等。使用陀螺儀/利用陀螺儀原理的產(chǎn)品/設備,慣性導航儀、體感設備(Joycon/wii等)、智能手機、穿戴設備(智能手表/手環(huán))、飛行器/無人機、電子攝影設備、穩(wěn)定器、AR/VR、機器人、游戲控制器/游戲手柄、自行車(輪子轉的越快越不容易倒)。上海軌檢測量慣性導航系統(tǒng)