陀螺仪的应用及原理
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提交日期 2010/5/26
陀螺仪的原理及其应用
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(常州工学院机械设计及其自动化系，江苏，常州，212300) 摘要 综述了陀螺仪对现代国防和科技的重要作用。主要阐述了陀螺仪的发展现状 和未来前景。说明了陀螺仪的各项基本特征、应用原理。也说明了现代陀螺仪的应用 范围及其功能分类。 关键词 基本特征 应用原理 功能分类 Abstract Reviews of national defence and science and technology gyroscope. Mainly expounds the development situation and future gyroscope. The gyroscope illustrates the basic characteristics, application principle. Also explains the application of modern gyroscope and functions. Keywords The basic principle characteristics application functions
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引言
陀螺仪可算是非常复杂的物体，精度要求也相当高。因为它们以独特的方式运动，甚至 像在抵抗重力。 正是这些特殊属性使其在各个方面 （包括自行车和宇宙飞船上的先进导航系 统）都有极为重要的用途。一般的飞机要用约 10 多个陀螺仪，遍布在罗盘和自动驾驶仪等 各个地方。俄罗斯米尔空间站曾使用 11 个陀螺仪保持其方向对准太阳。哈勃太空望远镜也 安装了大量导航陀螺仪。同样，陀螺效应对溜溜球和飞盘等玩具也至关重要。
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陀螺仪的原理特性
1.1 陀螺仪的特性 1 进 动 性 陀螺能在细线或手指上保持平衡； 能以非常奇妙的方式抵制自转轴运动； 但最有趣的陀 螺效应还数进动。这是陀螺仪抵抗重力的表现。 根据这一原理，回转的自行车轮能够像下 图所那样选在空中：
陀螺仪“抵抗重力”的能力
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这种神秘的效应就是“进动” 。一般情况下，进动的发生过程是：如果有一个陀螺仪正 在旋转，而您施力转动它的自转轴，则陀螺仪反而会围绕与力轴成直角的轴转动，如下列图 形所示：
图 1 中，陀螺仪正围绕自己的轴旋转。图 2 中，施力转动陀螺仪的自转轴。图 3 中，陀螺仪沿着与输入力 方向垂直的轴对输入力做出反应。
陀螺仪为何会发生这种运动？自行车车轮的轮轴居然能像前面图形所示的那样悬在空中， 看 上去简直不可思议。 不过只要想想陀螺仪在旋转时不同部位实际上都发生了什么， 就会明白 这种运动完全正常！ 让我们研究一下陀螺仪旋转时的两个小部位——顶端和底端，如图所示：
向轮轴施力时，标示的两点会倾向于朝图中指示的方向运动。
如图所示，在向轮轴施力时，陀螺仪的顶端部位将试图向左运动，而底端部位则试图向右运
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动。如果陀螺仪没有旋转，则车轮会倒下。如果陀螺仪正在旋转，那么试想一下这两个部位 都发生了什么：牛顿第一运动定律指出，运动中的物体会持续沿直线匀速运动，直到受到不 平衡力的作用为止。因此，陀螺仪顶点受施加到轮轴的力的作用，开始向左运动。根据牛顿 第一运动定律，它会继续向左运动，但在陀螺仪的自转作用下又开始旋转，如下图所示：
两个点一边旋转，一边继续原来的运动。
这种效应就是进动的成因。陀螺仪的不同部位在同一点受力，但随后又转动到新的位置！当 陀螺仪顶端的部位向一侧转动 90 度时，会由于惯性而继续保持向左运动的状态。底端的部 位也是如此——向一侧转动 90 度时，会由于惯性而继续保持向右运动的状态。这些力沿进 动方向转动车轮。当标示的点继续转动的角度超过 90 度时，原来的运动就停止了，于是陀 螺仪的轴悬在空中并开始进动。经过这样一番研究，您就明白进动一点都不神秘了，它完全 符合物理定律！ 2 定轴性 当陀螺转子以极高速度旋转时， 就产生了惯性， 这惯性使得陀螺转子的旋转轴保持在空 间，指向一个固定的方向，同时反抗任何改变转子轴向的力量 ，这种物理现象称为陀螺仪 的定轴性或惯性。 其惯性随以下的物理量而改变： （1）转子质量愈大，惯性愈大 （2）转子旋转半径愈大，惯性愈大 （3）转子旋转速度愈大，惯性愈大。 3 逆动性 在运转中的陀螺仪， 如果外界施一作用或力矩在转子旋转轴上， 则旋转轴并不沿施力方 向运动，而是顺着转子旋转向前 90 度垂直施力方向运动，此现 象即是逆动性。 逆动性的大小也有三个影响的因素： （1）外界作用力愈大，其逆动性也愈大； （2）转子的质量惯性矩愈大，逆动性愈小； （3）转子的角速度愈大，逆动性愈小。 而逆动方向可根据逆动性原理取决于施力方向及转子旋转方向。 1.2 陀螺仪原理 陀螺仪的原理就是， 一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时， 是不会改变 的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。陀螺仪在工作时要 给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。然后用 多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。 传统的惯性陀螺仪主要 是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了
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很多方面的制约。 自从上个世纪七十年代以来， 现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶 段。现代陀螺仪在结构上已不具备“陀螺” ，只是在功能上与传统的机械陀螺仪同样罢了。 光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，在很多的领域已经完全取代了传 统的机械陀螺仪， 成为现代导航仪器中的关键部件。 和光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光 陀螺仪外，还有现代集成式的振动陀螺仪，集成式的振动陀螺仪具有更高的集成度，体积更 小，也是现代陀螺仪的一个重要的发展方向。
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陀螺仪的应用分类
陀螺仪的用途 陀螺仪是一种既古老而又很有生命力的仪器， 从第一台真正实用的陀螺仪器问世以来已 有大半个世纪，但直到现也，陀螺仪仍在吸引着人们对它进行研究，这是由于它本身具有的 特性所决定的。 陀螺仪最主要的基本特性是它的稳定性和进动性。 人们从儿童玩的地陀螺中 早就发现高速旋转的陀螺可以竖直不倒而保持与地面垂直， 这就反映了陀螺的稳定性。 研究 陀螺仪运动特性的理论是绕定点运动刚体动力学的一个分支， 它以物体的惯性为基础， 研究 旋转物体的动力学特性。 陀螺仪器最早是用于航海导航， 但随着科学技术的发展， 它在航空和航天事业中也得到 广泛的应用。 陀螺仪器不仅可以作为指示仪表， 而更重要的是它可以作为自动控制系统中的 一个敏感元件，即可作为信号传感器。根据需要，陀螺仪器能提供准确的方位、 水平、 位置、 速度和加速度等信号， 以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、 舰船或航天飞机等航行体按 一定的航线飞行，而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中，则直接利用这 些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制。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广泛的，它在现代化的国防建 设和国民经济建设中均占重要的地位。 现在广泛使用的 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。并且 MEMS 陀螺相比传统的陀螺有明显的优势： （1）体积小、重量轻。适合于对安装空间和重量要求苛刻的场合，例如弹载测量等。 （2）低成本。 （3）高可靠性。内部无转动部件，全固态装置，抗大过载冲击，工作寿命长。 （4）低功耗。 （5）大量程。适于高转速大 g 值的场合。 （6）易于数字化、智能化。可数字输出，温度补偿，零位校正等。 2.2 陀螺仪的基本类型 根据框架的数目和支承的形式以及附件的性质决定陀螺仪的类型有： 三自由度陀螺仪(具有内、外两个框架，使转子自转轴具有两个转动自由度。在没有任 何力矩装置时，它就是一个自由陀螺仪)。 二自由度陀螺仪(只有一个框架，使转子自转轴具有一个转动自由度)。 根据二自由度陀螺仪中所使用的反作用力矩的性质，可以把这种陀螺仪分成三种类型： 速率陀螺仪(它使用的反作力矩是弹性力矩)； 积分陀螺仪(它使用的反作用力矩是阻尼力矩)； 无约束陀螺(它仅有惯性反作用力矩)； 现在， 除了机、 电框架式陀螺仪以外， 还出现了某些新型陀螺仪， 如静电式自由转子陀螺仪，
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挠性陀螺仪，激光陀螺仪等。 2.3 陀螺仪功能分类和现实应用 利用陀螺仪的动力学特性制成的各种仪表或装置，主要有以下几种： （1）陀螺方向仪。 能给出飞行物体转弯角度和航向指示的陀螺装置。 它是三自由度均衡陀螺仪， 其底座固 连在飞机上， 转子轴提供惯性空间的给定方向。 若开始时转子轴水平放置并指向仪表的零方 位，则当飞机绕铅直轴转弯时，仪表就相对转子轴转动，从而能给出转弯的角度和航向的指 示。由于摩擦及其他干扰，转子轴会逐渐偏离原始方向，因此每隔一段时间（如 15 分钟） 须对照精密罗盘作一次人工调整。 （2）陀螺罗盘。 供航行和飞行物体作方向基准用的寻找并跟踪地理子午面的三自由度陀螺仪。 其外环轴 铅直，转子轴水平置于子午面内，正端指北；其重心沿铅垂轴向下或向上偏离支承中心。转 子轴偏离子午面时同时偏离水平面而产生重力矩使陀螺旋进到子午面， 这种利用重力矩的陀 螺罗盘称摆式罗盘。 近年来发展为利用自动控制系统代替重力摆的电控陀螺罗盘， 并创造出 能同时指示水平面和子午面的平台罗盘。 （3）陀螺垂直仪。 利用摆式敏感元件对三自由度陀螺仪施加修正力矩以指示地垂线的仪表， 又称陀螺水平 仪。陀螺仪的壳体利用随动系统跟踪转子轴位置，当转子轴偏离地垂线时，固定在壳体上的 摆式敏感元件输出信号使力矩器产生修正力矩，转子轴在力矩作用下旋进回到地垂线位置。 陀螺垂直仪是除陀螺摆以外应用于航空和航海导航系统的又一种地垂线指示或量测仪表。 （4）陀螺稳定器。 稳定船体的陀螺装置。20 世纪初使用的施利克被动式稳定器实质上是一个装在船上的 大型二自由度重力陀螺仪，其转子轴铅直放置，框架轴平行于船的横轴。当船体侧摇时，陀 螺力矩迫使框架携带转子一起相对于船体旋进。 这种摇摆式旋进引起另一个陀螺力矩， 对船 体产生稳定作用。 斯佩里主动式稳定器是在上述装置的基础上增加一个小型操纵陀螺仪， 其 转子沿船横轴放置。一旦船体侧倾，小陀螺沿其铅直轴旋进，从而使主陀螺仪框架轴上的控 制马达及时开动， 在该轴上施加与原陀螺力矩方向相同的主动力矩， 借以加强框架的旋进和 由此旋进产生的对船体的稳定作用。 （5）速率陀螺仪。 用以直接测定运载器角速率的二自由度陀螺装置。 把均衡陀螺仪的外环固定在运载器上 并令内环轴垂直于要测量角速率的轴。 当运载器连同外环以角速度绕测量轴旋进时， 陀螺力 矩将迫使内环连同转子一起相对运载器旋进。 陀螺仪中有弹簧限制这个相对旋进， 而内环的 旋进角正比于弹簧的变形量。由平衡时的内环旋进角即可求得陀螺力矩和运载器的角速率。 积分陀螺仪与速率陀螺仪的不同处只在于用线性阻尼器代替弹簧约束。 当运载器作任意变速 转动时，积分陀螺仪的输出量是绕测量轴的转角（即角速度的积分） 。以上两种陀螺仪在远 距离测量系统或自动控制、惯性导航平台中使用较多。 （6）陀螺稳定平台。 以陀螺仪为核心元件， 使被稳定对象相对惯性空间的给定姿态保持稳定的装置。 稳定平 台通常利用由外环和内环构成制平台框架轴上的力矩器以产生力矩与干扰力矩平衡使陀螺 仪停止旋进的稳定平台称为动力陀螺稳定器。 陀螺稳定平台根据对象能保持稳定的转轴数目 分为单轴、 双轴和三轴陀螺稳定平台。 陀螺稳定平台可用来稳定那些需要精确定向的仪表和 设备，如测量仪器、天线等，并已广泛用于航空和航海的导航系统及火控、雷达的万向支架 支承。 根据不同原理方案使用各种类型陀螺仪为元件。 其中利用陀螺旋进产生的陀螺力矩抵
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抗干扰力矩，然后输出信号控、照相系统。
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结论
陀螺仪这种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，已是现代航空，航海，航天 和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其 它高科技的发展具有十分重要的战略意义。陀螺仪的已经成为现在社会不可缺少的重 要设备。 参考文献 [1] 胡恒章.陀螺仪漂移原理及其实验技术.国防工业出版社 [2] 王正家.陀螺仪的原理及应用.华中科技大学出版社
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电子陀螺仪工作原理【详述】
电子陀螺仪工作原理 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 电子陀螺仪其实就是机械式陀螺仪的进化，机械式是利用真实的陀螺等机械制作的，而电子是利用芯片来实现陀螺仪的功能，其工作原理类似（电子只不过是模拟出来的而已）。 所有陀螺仪的工作原理是一样的：广泛应用于航海、航空和航天领域，种类很多，其中陀螺罗盘就是代替罗盘的装置。 陀螺仪的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。 最基础的陀螺仪的结构：基础的陀螺仪是一种机械装置，其主要部分是一个对旋转轴以极高角速度旋转的转子，转子装在一支架内； 历史： 1850年法国的物理学家莱昂·傅科（J.Foucault）为了研究地球自转，首先发现高速转
动中的转子（rotor），由于惯性作用它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字gyro（旋转）和skopein（看）两字合为gyro scopei 一字来命名这种仪表。 陀螺仪是一种既古老而又很有生命力的仪器，从第一台真正实用的陀螺仪器问世以来已有大半个世纪，但直到现也，陀螺仪仍在吸引着人们对它进行研究，这是由于它本身具有的特性所决定的。陀螺仪最主要的基本特性是它的稳定性和进动性。人们从儿童玩的地陀螺中早就发现高速旋转的陀螺可以竖直不倒而保持与地面垂直，这就反映了陀螺的稳定性。研究陀螺仪运动特性的理论是绕定点运动刚体动力学的一个分支，它以物体的惯性为基础，研究旋转物体的动力学特性。 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.
陀螺仪传感器分类及原理
【悠牛仪器仪表网】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。用来感测和维持方向的装置，它是航空、航海及太空导航系统中判断方位的主要依据，并且在汽车安全，航模，望远镜等领域广泛应用。 主要检测空间某些相位的倾角变化、位置变化，主要用于空间物理领域，特别在航空、航海方面有较多的用途，如：飞机上的陀螺仪，当飞机在做360°翻转的时候，陀螺仪将会保持原始的基准状态不变，从而让驾驶员找到本飞机在空间状态的相位变化，也就是：当时飞机处在什么相位。 陀螺仪传感器原理 一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。我们骑自行车其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒，因为车轴有一股保持水平的力量。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。 然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。陀螺仪传感器应用领域以及发展方向现代陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。 传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。1976年等提出了现代光纤陀螺仪的基本设想，到八十年代以后，现代光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展，与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。 由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，所以目前光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪，成为现代导航仪器中的关键部件。 和光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外，还有现代集成式的振动陀螺仪，集成式的振动陀螺仪具有更高的集成度，体积更小，也是现代陀螺仪的一个重要的发展方向。 陀螺仪传感器分类 根据框架的数目和支承的形式以及附件的性质决定陀螺仪的类型有： 二自由度陀螺仪(只有一个框架，使转子自转轴具有一个转动自由度)。 根据二自由度陀螺仪中所使用的反作用力矩的性质，可以把这种陀螺仪分成三种类型： 积分陀螺仪(它使用的反作用力矩是阻尼力矩);速率陀螺仪(它使用的反作力矩是弹性力矩); 无约束陀螺(它仅有惯性反作用力矩); 现在，除了机、电框架式陀螺仪以外，还出现了某些新型陀螺仪，如静电式自由转子陀螺仪，挠性陀螺仪，激光陀螺仪等。 三自由度陀螺仪(具有内、外两个框架，使转子自转轴具有两个转动自由度。在没有任何力矩装置时，它就是一个自由陀螺仪)。 直流电流传感器 https://www.360docs.net/doc/b310751236.html,/subject/zhiliudianliuchuanganqi.html
MEMS陀螺仪工作原理
陀螺仪是用来测量角速率的器件，在加速度功能基础上，可以进一步发展，构建陀螺仪。 陀螺仪的内部原理是这样的：对固定指施加电压，并交替改变电压，让一个质量块做振荡式来回运动，当旋转时，会产生科里奥利加速度，此时就可以对其进行测量；这有点类似于加速度计，解码方法大致相同，都会用到放大器。 角速率由科氏加速度测量结果决定 - 科氏加速度 = 2 × (w ×质量块速度) - w是施加的角速率(w = 2 πf) 通过14 kHz共振结构施加的速度（周期性运动）快速耦合到加速度计框架 - 科氏加速度与谐振器具有相同的频率和相位，因此可以抵消低速外部振动 该机械系统的结构与加速度计相似（微加工多晶硅） 信号调理（电压转换偏移）采用与加速度计类似的技术 施加变化的电压来回移动器件，此时器件只有水平运动没有垂直运动。如果施加旋转，可以看到器件会上下移动，外部指将感知该运动，从而就能拾取到与旋转相关的信号。
上面的动画，只是抽象展示了陀螺仪的工作原理，而真实的陀螺仪内部构造是下面这个样子。
PS：陀螺仪可以三个一起设计，分别对应于所谓滚动、俯仰和偏航。 任何了解航空器的人都知道，俯仰是指航空器的上下方向，偏航是指左右方向，滚动是指向左或向右翻滚。要正确控制任何类型的航空器或导弹，都需要知道这三个参数，这就会用到陀螺仪。它们还常常用于汽车导航，当汽车进入隧道而失去GPS信号时，这些器件会记录您的行踪。 无人机在飞行作业时，获取的无人机影像通常会携带配套的POS数据。从而在处理中可以更加方便的处理影像。而POS数据主要包括GPS数据和
IMU数据，即倾斜摄影测量中的外方位元素：（纬度、经度、高程、航向角（Phi）、俯仰角（Omega）及翻滚角（Kappa））。 GPS数据一般用X、Y、Z表示，代表了飞机在飞行中曝光点时刻的地理位置。 飞控是由主控MCU和惯性测量模块（IMU，Inertial Measurement Unit）组成。IMU提供飞行器在空间姿态的传感器原始数据，一般由陀螺仪传感器/加速度传感器/电子罗盘提供飞行器9DOF数据。 IMU中的传感器用来感知飞行器在空中的姿态和运动状态，这有个专有名词叫做运动感测追踪，英文Motion Tracking。运动感测技术主要有四种基础运动传感器，下面分别说明其进行运动感测追踪的原理。 微机电系统（MEMS） IMU中使用的传感器基本上都是微机电系统（MEMS），是半导体工业中非常重要的一个分支。 微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System）是一种先进的制造技术平台。微机电系统是微米大小的机械系统，是以半导体制造技术为基础发展起来的。 我们的四轴飞行器上用到的加速度陀螺仪MPU6050，电子罗盘 HMC5883L都是微机电系统，属于传感MEMS分支。传感MEMS技术是指用微电子微机械加工出来的、用敏感元件如电容、压电、压阻、热电耦、谐振、隧道电流等来感受转换电信号的器件和系统。 加速器（G-sensors） 加速器可用来感测线性加速度与倾斜角度，单一或多轴加速器可感应结合线性与重力加速度的幅度与方向。含加速器的产品，可提供有限的运动感测功能。 加速度计的低频特性好，可以测量低速的静态加速度。在我们的飞行器上，就是对重力加速度g（也就是前面说的静态加速度）的测量和分析，其它瞬间加速度可以忽略。记住这一点对姿态解算融合理解非常重要。 当我们把加速度计拿在手上随意转动时，我们看的是重力加速度在三个轴上的分量值。加速度计在自由落体时，其输出为0。为什么会这样呢？这里涉及到加速度计的设计原理：加速度计测量加速度是通过比力来测量，而不是通过加速度。
陀螺仪基本原理
陀螺仪介绍2013-1-28
?陀螺仪发展及应用情况 ?MEMS陀螺仪基本原理 ?陀螺仪与加速度传感器、电子罗盘的 对比以及九轴概念 ?测试讨论 2013-1-28
?陀螺仪发展及应用情况 ?MEMS陀螺仪基本原理 ?陀螺仪与加速度传感器、电子罗盘的 对比以及九轴概念 ?测试讨论 2013-1-28
2013-1-28 1850年法国的物理学家莱昂·傅科（J.Foucault ）为了研究地球自转，首先发现高速转动中的转子 （rotor ），由于惯性作用它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字 gyro （旋转）和skopein （看）两字合为gyro scopei 一字来命名这种仪表。
?最初的陀螺仪主要用于航海，起稳定船体的作用，此时主要是二维陀螺仪； ?后在航空、航天领域开始广泛的应用。用于飞行体运动的自动控制系统中，作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器。指示 陀螺仪主要用于飞行状态的指示，作为驾驶和领航仪表使用。在这些应用中都是三维陀螺仪； ?另外，在军事领域，陀螺仪也发挥着重要作用，例如炮弹的旋转、导弹的惯性导航系统，以提高击中－杀伤比 ?最开始用于航海、航空、航天的陀螺仪都是机械式的，到了现代，主要可以分为压电陀螺仪、微机械陀螺仪、光纤陀螺仪、激 光陀螺仪，现代陀螺仪在结构上已不具备“陀螺”，只是在功能上 与传统的机械陀螺仪同样罢了 2013-1-28
2013-1-28 现在广泛使用的MEMS （微机械）陀螺可应用于航空、航天、航海、兵器、汽车、生物医学、环境监控等领域。并且MEMS 陀螺相比传统的陀螺有明显的优势： 1、体积小、重量轻，适合于对安装空间和重量要求苛刻的场合，例如弹载测量等； 2、低成本； 3、更高可靠性，内部无转动部件，全固
陀螺仪工作原理与应用
陀螺仪工作原理与应用（陀螺经纬仪Jyro Station） 来源：译自日本《测量》06年8月号作者：日本测量仪器工业会更新日期：2006-9-22 阅读次数：3235 为了求得测量的基准方位和日照时间的方位，必须使用磁针罗盘仪进行天体观测。然而，磁针罗盘仪的精度有限，在天体观测中还要受到确保通视、天气、场所和时间等观测条件的影响。为了解决这些问题，可采用利用了力学原理求得真北的陀螺经纬仪。陀螺经纬仪在隧道测量以及由于不能和已知点通视而无法确定方位、方向角的情况下都能发挥很大的作用。 （图1：陀螺工作站） 1、陀螺工作站的原理 高速旋转的物体的旋转轴，对于改变其方向的外力作用有趋向于铅直方向的倾向。而且，旋转物体在横向倾斜时，重力会向增加倾斜的方向作用，而轴则向垂直方向运动，就产生了摇头的
运动（岁差运动）。当陀螺经纬仪的陀螺旋转轴以水平轴旋转时，由于地球的旋转而受到铅直方向旋转力，陀螺的旋转体向水平面内的子午线方向产生岁差运动。当轴平行于子午线而静止 时可加以应用。 2、陀螺工作站的构造 （图4：陀螺经纬仪的构造 0点调整螺丝，吊线，照明灯，陀螺转子、指针、供电用馈线、反 射镜、陀螺马达、刻度线、目镜）。
陀螺经纬仪的陀螺装置由陀螺部分和电源部分组成。此陀螺装置与全站仪结合而成。陀螺本体在装置内用丝线吊起使旋转轴处于水平。当陀螺旋转时，由于地球的自转，旋转轴在水平面内以真北为中心产生缓慢的岁差运动。旋转轴的方向由装置外的目镜可以进行观测，陀螺指针的振动中心方向指向真北。利用陀螺经纬仪的真北测定方法有“追尾测定”和“时间测定”等。 追尾测定[反转法] 利用全站仪的水平微动螺丝对陀螺经纬仪显示岁差运动的刻度盘进行追尾。在震动方向反转的点上（此时运动停止）读取水平角。如此继续测定之，求得其平均震动的中心角。用此方法进行20分钟的观测可以求得+/-0。5分的真北方向。 时间测定[通过法] 用追尾测定观测真北方向后，陀螺经纬仪指向了真北方向，其指针由于岁差运动而左右摆动。用全站仪的水平微动螺丝对指针的摆动进行追尾，当指针通过0点时反复记录水平角，可以提高时间测定的精度，并以+/-20秒的精度求得真北方向。 （图2：摇头运动） （图3：向子午线的岁差运动）
陀螺仪的工作原理
陀螺仪的工作原理 陀螺仪的原理 一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。我们骑自行车其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒，因为车轴有一股保持水平的力量。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。 现代陀螺仪 一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。1976年等提出了现代光纤陀螺仪的基本设想，到八十年代以后，现代光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展，与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，所以目前光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪，成为现代导航仪器中的关键部件。和光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外，还有现代集成式的振动陀螺仪，集成式的振动陀螺仪具有更高的集成度，体积更小，也是现代陀螺仪的一个重要的发展方向。 现代光纤陀螺仪 包括干涉式陀螺仪和谐振式陀螺仪两种，它们都是根据塞格尼克的理论发展起来的。塞格尼克理论的要点是这样的：当光束在一个环形的通道中前进时，如果环形通道本身具有一个转动速度，那么光线沿着通道转动的方向前进所需要的时间要比沿着这个通道转动相反的方向前进所需要的时间要多。也就是说当光学环路转动时，在不同的前进方向上，光学环路的光程相对于环路在静止时的光程都会产生变化。利用这种光程的变化，如果使不同方向上前进的光之间产生干涉来测量环路的转动速度，这样就可以制造出干涉式光纤陀螺仪，如果利用这种环路光程的变化来实现在环路中不断循环的光之间的干涉，也就是通过调整光纤环路的光的谐振频率进而测量环路的转动速度，就可以制造出谐振式的光纤陀螺仪。从这个简单的介绍可以看出，干涉式陀螺仪在实现干涉时的光程差小，所以它所要求的光源可以有较大的频谱宽度，而谐振式的陀螺仪在实现干涉时，它的光程差较大，所以它所要求的光源必须有很好的单色性。 陀螺仪工作原理与应用（陀螺经纬仪Jyro Station） 来源：译自日本《测量》06年8月号作者：日本测量仪器工业会更新日期：2006-9-22 阅读次数：6183
一文读懂三轴陀螺仪工作原理和应用
一文读懂三轴陀螺仪工作原理和应用 Iphone 4手机采用了意法半导体的MEMS（微电机系统）陀螺仪芯片，芯片内部包含有一块微型磁性体，可以在手机进行旋转运动时产生的科里奥力作用下向X，Y，Z三个方向发生位移，利用这个原理便可以测出手机的运动方向。而芯片核心中的另外一部分则可以将有关的传感 一、三轴陀螺仪工作原理三轴陀螺仪：同时测定6个方向的位置，移动轨迹，加速。单轴的只能测量一个方向的量，也就是一个系统需要三个陀螺仪，而3轴的一个就能替代三个单轴的。3轴的体积小、重量轻、结构简单、可靠性好，是激光陀螺的发展趋势。 在最新款的iPhone 4手机中内置三轴陀螺仪，它可以与加速器和指南针一起工作，可以实现6轴方向感应，三轴陀螺仪更多的用途会体现在GPS和游戏效果上。一般来说，使用三轴陀螺仪后，导航软件就可以加入精准的速度显示，对于现有的GPS导航来说是个强大的冲击，同时游戏方面的重力感应特性更加强悍和直观，游戏效果将大大提升。这个功能可以让手机在进入隧道丢失GPS信号的时候，凭借陀螺仪感知的加速度方向和大小继续为用户导航。而三轴陀螺仪将会与iPhone原有的距离感应器、光线感应器、方向感应器结合起来让iPhone 4的人机交互功能达到了一个新的高度。 二、三轴陀螺仪的应用在工程上，陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。1976年美国Utah大学的Vali和Shorthill提出了现代光纤陀螺仪的基本设想，到八十年代以后，现代光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展，与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，所以目前光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪，成为现代导航仪器中的
陀螺仪(gyroscope)原理
内容 MID中的传感器 1 加速计 2 陀螺仪 3 地磁传感器 4
MID中的传感器——已商用的传感器 ◆触摸屏 ◆摄像头 ◆麦克风（ST：MEMS microphones……） ◆光线传感器 ◆温度传感器 ◆近距离传感器 ◆压力传感器（ALPS：MEMS气压传感器……） ◆陀螺仪（MEMS） ◆加速度传感器（MEMS） ◆地磁传感器（MEMS）
集成电路（Integrated Circuit，IC） 把电子元件/电路/电路系统集成到硅片（或其它半导体材料）上。 微机械（Micro-Mechanics） 把机械元件/机械结构集成到硅片（或其它半导体材料）上。 微机电系统（Micro Electro Mechanical Systems，MEMS）MEMS = 集成电路+ 微机械
陀螺仪（Gyroscope） ?测量角速度 ?可用于相机防抖、视频游戏动作感应、汽车电子稳定控制系统（防滑）加速度传感器（Accelerometer） ?测量线加速度 ?可用于运动检测、振动检测、撞击检测、倾斜和倾角检测 地磁传感器（Geomagnetic sensor） ?测量磁场强度 ?可用于电子罗盘、GPS导航
陀螺仪+加速计+地磁传感器 ?电子稳像(EIS: Electronic Image Stabilization)?光学稳像(OIS: Optical Image Stabilization)?“零触控”手势用户接口 ?行人导航器 ?运动感测游戏 ?现实增强
1、陀螺仪（角速度传感器）厂商： 欧美：ADI、ST、VTI、Invensense、sensordynamics、sensonor 日本：EPSON、Panasonic、MuRata、konix 、Fujitsu、konix、SSS 国产：深迪 2、加速度传感器（G-sensor）厂商： 欧美：ADI、Freescale、ST、VTI、Invensense、Sensordynamics、Silicon Designs 日本：konix、Bosch、MSI、Panasonic、北陆电气 国产：MEMSIC（总部在美国） 3、地磁传感器（电子罗盘）厂商： 欧美：ADI、Honeywell 日本：aichi、alps、AsahiKASEI、Yamaha 国产：MEMSIC（总部在美国）
电子陀螺仪原理与构造
MEM陀螺仪传感器产业探究 目录： 一、MEM陀螺仪市场现状................................................. 2. 第一节、MEM主要厂家产品资料汇总 (2) 第二节、MEM在我国的产业现状 (2) 二、MEM陀螺仪介绍.................................................... 3. 第一节、什么是微机械（MEM）？ (3) 第二节、微机械陀螺仪（MEMS gyroscope的工作原理 (3) 第三节、微机械陀螺仪的结构......................................... 4. 三、MEM技术的加工工艺................................................. 6. 第一节、体加工工艺.................................................. 6. 第二节、硅表面微机械加工技术....................................... 7. 第三节、结合技术................................................... 7. 第四节、逐次加工.................................................... 8. 第五节、LIGA工艺................................................... 8. 第六节、THEMLA：艺流程........................................... 9. 四、基于DSP的MEM陀螺仪信号处理平台设计 (9) 第一节、MEM陀螺仪信号处理平台的硬件结构 (9) 第二节、MEM陀螺仪信号处理平台系统任务分析....................... 1 0第三节、MEM信号处理平台软件设计方案.. (11) 五、基于GPS的汽车导航系统的设计与实现 (12) 第一节、主体控制方案.............................................. 1.2第二节、GPS定位系统设计 .. (13) 第三节、车体部分MCU主控模块设计................................ 1.4第四节、系统软件设计.............................................. 1.4
微机械陀螺仪的工作原理及其应用
本文详细介绍了意法半导体公司的电容式微机械陀螺仪的基本工作原理，其采用对称双质量块结构，驱动质量块由静电力驱动产生可控的运动速度，而检测质量块则由哥氏力推动运动。振荡驱动电路采用了双闭环的控制结构，有效地减小了温度或其它缺陷对振幅的影响，显著提高了陀螺仪的分辨率和稳定性。最后，以单轴偏航陀螺仪LY530AL为例，详细介绍其关键参数及其应用，并配合三轴加速度传感器LIS3LV02DL，实现了新型无线遥控器和鼠标，验证了LY530AL的性能参数。 微机械陀螺仪 陀螺仪又称角速度计可以用来检测旋转的角速度和角度。正如我们所熟知，传统的机械式陀螺、精密光纤陀螺和激光陀螺等已经在航空、航天或其它军事领域得到了广泛地应用。然而，这些陀螺仪由于成本太高和体积太大而不适合应用于消费电子中。微机械陀螺仪由于内部无需集成旋转部件，而是通过一个由硅制成的振动的微机械部件来检测角速度，因此微机械陀螺仪非常容易小型化和批量生产，具有成本低和体积小等特点。近年来，微机械陀螺仪在很多应用中受到密切地关注，例如，陀螺仪配合微机械加速度传感器用于惯性导航、在数码相机中用于稳定图像、用于电脑的无线惯性鼠标等等[1]。 微机械工艺的发展和成熟，使得微机械陀螺仪在消费电子中的广泛应用成为可能，并且已有相应的产品面世，如罗技的空中鼠标。这些都使业界相信微机械陀螺仪很快就会成为继微机械加速计之后用于动作感测的另一重要元件。鉴于此，意法半导体公司基于其先进的Thelma工艺先后开发并量产了超小型单轴偏航陀螺仪LISY300AL和LY530AL。LY530AL具有两种接口：模拟和数字接口，提高了设计的灵活性，简化了设计难度，可测角速率达到±300度/秒。本文以LY530AL为例讨论意法半导体微机械陀螺仪的工作原理及其应用。
陀螺仪的定义与原理
1850年法国的物理学家莱昂·傅科（J.Foucault）为了研究地球自转，首先发现高速转动中的转子（rotor），由于它具有惯性，它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字gyro（旋转）和skopein（看）两字合为gyro scopei 一字来命名这种仪表。 陀螺仪是一种既古老而又很有生命力的仪器，从第一台真正实用的陀螺仪器问世以来已有大半个世纪，但直到现在，陀螺仪仍在吸引着人们对它进行研究，这是由于它本身具有的特性所决定的。陀螺仪最主要的基本特性是它的稳定性和进动性。人们从儿童玩的地陀螺中早就发现高速旋转的陀螺可以竖直不倒而保持与地面垂直，这就反映了陀螺的稳定性。研究陀螺仪运动特性的理论是绕定点运动刚体动力学的一个分支，它以物体的惯性为基础，研究旋转物体的动力学特性。 编辑本段原理 陀螺仪的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。 在现实生活中，陀螺仪发生的进给运动是在重力力矩的作用下发生的。 编辑本段特性 陀螺仪被广泛用于航空、航天和航海领域。这是由于它的两个基本特性：一为定轴性（inertia or rigidity），另一是进动性（precession），这两种特性都是建立在角动量守恒的原则下。 定轴性 当陀螺转子以高速旋转时，在没有任何外力矩作用在陀螺仪上时，陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向保持稳定不变，即指向一个固定的方向；同时反抗任何改变转子轴向的力量。这种物理现象称为陀螺仪的定轴性或稳定性。其稳定性随以下的物理量而改变： 1.转子的转动惯量愈大，稳定性愈好； 2.转子角速度愈大，稳定性愈好。 所谓的“转动惯量”，是描述刚体在转动中的惯性大小的物理量。当以相同的力矩分别作用于两个绕定轴转动的不同刚体时，它们所获得的角速度一般是不一样的，转动惯量大的刚体所获得的角速度小，也就是保持原有转动状态的惯性大；反之，转动惯量小的刚体所获得的角速度大，也就是保持原有转动状态的惯性小。 进动性
电子陀螺仪原理与构造
MEMS陀螺仪传感器产业探究 目录： 一、MEMS陀螺仪市场现状 (2) 第一节、MEMS主要厂家产品资料汇总 (2) 第二节、MEMS在我国的产业现状 (2) 二、MEMS陀螺仪介绍 (3) 第一节、什么是微机械（MEMS）？ (3) 第二节、微机械陀螺仪（MEMS gyroscope）的工作原理 (3) 第三节、微机械陀螺仪的结构 (4) 三、MEMS技术的加工工艺 (6) 第一节、体加工工艺 (6) 第二节、硅表面微机械加工技术 (7) 第三节、结合技术 (7) 第四节、逐次加工 (8) 第五节、LIGA工艺 (8) 第六节、THEMLA工艺流程 (9) 四、基于DSP的MEMS陀螺仪信号处理平台设计 (9) 第一节、MEMS陀螺仪信号处理平台的硬件结构 (9) 第二节、MEMS陀螺仪信号处理平台系统任务分析 (10) 第三节、MEMS信号处理平台软件设计方案 (11) 五、基于GPS的汽车导航系统的设计与实现 (12) 第一节、主体控制方案 (12) 第二节、GPS定位系统设计 (13) 第三节、车体部分MCU 主控模块设计 (14) 第四节、系统软件设计 (14)
一、MEMS陀螺仪市场现状 MEMS陀螺仪即微机电系统陀螺仪，是一种微型传感器，主要用于手机及游戏机等领域。与普通芯片相比，除计算功能外，此产品还具有感知功能，通过内置的陀螺仪传感器可以感知外界运动，并做出相应反应。 在具体应用上，MEMS芯片可以用在消费类电子产品上，比如游戏机中的动作控制；可以用在汽车安全领域，在汽车出现紧急情况时及时作出反应；在军事、航海中，陀螺仪被用来导航。 此前全球针对消费电子产品的陀螺仪厂商只有意法半导体（ST）、飞思卡尔半导体（Freescale）两家，深迪半导体（https://www.360docs.net/doc/b310751236.html,）成为第三家，打破了国内众多消费电子厂商陀螺仪全部依赖进口的局面。深迪半导体成立于2008年8月，目前在国内还没有竞争对手。 根据著名市场研究顾问机构 Yole Development 的最新预测，MEMS 陀螺仪、加速度计和 IMU 的销售额在2013年将达到45亿美元的规模，在消费类应用市场的年增长率达到了27%，而中国未来将是消费类电子、汽车工业以及其产业链的中心和全球最大的市场。 第一节、MEMS主要厂家产品资料汇总 （1）InvenSense： 网上放出的目前只有2轴的产品，加速度和陀螺仪一体化，号称封装尺寸最小。 2009年，借助任天堂（日本最著名的游戏制作公司）的成功，InvenSense在MEMS市场成长速度位居第一。 （2）ST： ST的产品线比较长，主打3轴。陀螺仪L3G系列和加速度传感器LIS属于两个不同的系列。 （3）EPSON： x,y2轴加速度传感器加单轴陀螺仪。 （4）飞思卡尔： 分的很细，根据加速度分成低/中/高三类，典型应用案例是汽车气囊。没有找到陀螺仪的介绍。应该是以工业产品为主。 （5）村田（Murata） 网上资料很少，最新的也是2009年5月的。提供2款产品，都是单轴陀螺仪。 （6）松下 作为2009年MEMS市场的成长速度名列第二的松下，主要面向车用传感器市场。 第二节、MEMS在我国的产业现状 目前国内已有1688家企事业从事传感器的研制、生产和应用，其中从事MEMS研制生产的只有50多家，其规模和应用领域都较小。在国际市场上，德国、日本、美国、俄罗斯等老牌工业国家的企业主导了传感器市场，许多厂家的生产都实现了规模化，有些企业的年
陀螺仪的工作原理
陀螺仪的工作原理 陀螺仪的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。我们骑自行车其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒，因为车轴有一股保持水平的力量。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。 现代陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。1976年等提出了现代光纤陀螺仪的基本设想，到八十年代以后，现代光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展，与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，所以目前光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪，成为现代导航仪器中的关键部件。和光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外，还有现代集成式的振动陀螺仪，集成式的振动陀螺仪具有更高的集成度，体积更小，也是现代陀螺仪的一个重要的发展方向。 现代光纤陀螺仪包括干涉式陀螺仪和谐振式陀螺仪两种，它们都是根据塞格尼克的理论发展起来的。塞格尼克理论的要点是这样的：当光束在一个环形的通道中前进时，如果环形通道本身具有一个转动速度，那么光线沿着通道转动的方向前进所需要的时间要比沿着这个通道转动相反的方向前进所需要的时间要多。也就是说当光学环路转动时，在不同的前进方向上，光学环路的光程相对于环路在静止时的光程都会产生变化。利用这种光程的变化，如果使不同方向上前进的光之间产生干涉来测量环路的转动速度，这样就可以制造出干涉式光纤陀螺仪，如果利用这种环路光程的变化来实现在环路中不断循环的光之间的干涉，也就是通过调整光纤环路的光的谐振频率进而测量环路的转动速度，就可以制造出谐振式的光纤陀螺仪。从这个简单的介绍可以看出，干涉式陀螺仪在实现干涉时的光程差小，所以它所要求的光源可以有较大的频谱宽度，而谐振式的陀螺仪在实现干涉时，它的光程差较大，所以它所要求的光源必须有很好的单色性。
三轴陀螺仪的原理和应用.
三轴陀螺仪的原理和应用 三轴陀螺仪就是可以在同一时间内测量六个不同方向的加速、移动轨迹以及位置的测量装置。单轴的话,就只可以测定一个方向的量,那么一个三轴陀螺就可以代替三个单轴陀螺。它现在已经成为激光陀螺的发展趋向,具有可靠性很好、结构简单不复杂、重量很轻和体积很小等等特点。 很多加速度传感器和角速传感器只是很纯粹的传感器,不一定都是陀螺仪。导弹、轮船以及飞机里都安装有指示仪,定向指示仪是它们的核心部分。它是被安装在可以自由转动方向的框架比较小的飞轮中的,此装置里,由于轴承的摩擦力矩相对来说比较小,因此可以忽略掉。它的刚体结构是属于高度对称的,因此它的质心主要是在连杆中心的位置。如果飞轮绕着自己的对称轴作高速的转动的时候,框架的方向无论发生什么变化,它的中心轴空间的取向是不会发生任何变化的,这个特点是定向指示仪很重要的特征之一。 当给一架飞机安装三轴陀螺仪,同时让它的三个小飞轮的自转轴互相保持垂直的状态,那么根据飞轮轴相对机身的指定方向,驾驶员就可以确定好海伦的航行方向了。其实火箭以及鱼雷之中也安装了定向指示仪的,它有自动导航的功能。鱼雷前进的时候,定向指示仪轴线所指方向是不会发生变化的,当鱼雷受到风浪影响而导致前进的方向发生变化的时候,定向指示仪和鱼雷的纵轴之间就会出现一些偏差,这个时候可以通过启动有关器械来使舵的角度得到一定的改变,这样就可以让鱼雷保持原来的方向继续前进。而在火箭中,是通过使 喷气的方向得到一定的改变来改变飞行的方向。 陀螺仪可以比较准确地测量出运动物体的位置和方向,作为一种惯性的导航仪器,它广泛应用在国防、航天、航海以及航空领域中。它的发展对现代有很重要的意义,例如:高新科技、国防以及国家的工业等等。机械式的陀螺其实是传统的惯性陀螺,它的结构很复杂,因此它对工艺上的结构要求是非常严格的,很多因素都会影响它的测量精度。现代陀螺仪的发展已经越来越快了,技术也越来越成熟,已经成功进入到全新的阶段中。发展最快的当属光纤陀螺仪,它的工作很可靠、灵敏度很高以
MEMS陀螺仪原理
mems陀螺仪 mems陀螺仪即硅微机电陀螺仪，绝大多数的MEMS陀螺仪依赖于相互正交的振动和转动引起的交变科里奥利力。MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)是指集机械元素、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。 目录 ?mems陀螺仪的原理 ?mems陀螺仪的特点 ?mems陀螺仪的构成 ?mems陀螺仪的选用 ?mems陀螺仪的安装 mems陀螺仪的原理 ?MEMS 陀螺仪(gyroscope)的工作原理传统的陀螺仪主要是利用角动量守恒原理, 因此它主要是一个不停转动的物体, 它的转轴指向不随承载它的支架的旋转而变化. 但是MEMS 陀螺仪(gyroscope)的工作原理不是这样的,因为要用微机械技术在硅片衬底上加工出一个可转动的结构可不是一件容易的事.MEMS 陀螺仪利用科里奥利力——旋转物体在有径向运动时所受到的切向力. 下面是导出科里奥利力的方法. 有力学知识的读者应该不难理解. 在空间设立动态坐标系(图一).用以下方程计算加速度可以得到三项,分别来自径向加速,科里奥利加速度和向心加速度. 如果物体在圆盘上没有径向运动,科里奥利力就不会产生.因此,在MEMS 陀螺仪的设计上,这个物体被驱动,不停地来回做径向运动或者震荡,与此对应的科里奥利力就是不停地在横向来回变化,并有可能使物体在横向作微小震荡,相位正好与驱动力差90 度.
MEMS 陀螺仪通常有两个方向的可移动电容板.径向的电容板加震荡电压迫使物体作径向运动(有点象加速度计中的自测试模式) ,横向的电容板测量由于横向科里奥利运动带来的电容变化(就象加速度计测量加速度) .因为科里奥利力正比于角速度,所以由电容的变化可以计算出角速度. mems陀螺仪的特点 ?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，其核心部件通过掺杂技术、光刻技术、腐蚀技术、LIGA技术、封装技术等批量生产的，它主要特点是 1. 体积小、重量轻，其边长都小于1mm，器件核心的重量仅为1.2mg。 2. 成本低 3. 可靠性好，工作寿命超过10 万小时，能承受1000g 的冲击。 4. 测量范围大，目前我公司生产的MEMS 陀螺仪测量范围可扩展到7560?/s。 mems陀螺仪的构成 ?MEMS 陀螺仪(gyroscope)的设计和工作原理可能各种各样,但是公开的MEMS 陀螺仪均采用振动物体传感角速度的概念. 利用振动来诱导和探测科里奥利力而设计的 MEMS 陀螺仪没有旋转部件, 不需要轴承, 已被证明可以用微机械加工技术大批量生产. 绝大多数MEMS 陀螺仪依赖于由相互正交的振动和转动引起的交变科里奥利力. 振动物体被柔软的弹性结构悬挂在基底之上. 整体动力学系统是二维弹性阻尼系统, 在这个系统中振动和转动诱导的科里奥利力把正比于角速度的能量转移到传感模式. 通过改进设计和静电调试使得驱动和传感的共振频率一致, 以实现最大可能的能量转移, 从而获得最大灵敏度.大多数MEMS 陀螺仪驱动和传感模式完全匹配或接近匹配,它对系统的振动参数变化极其敏感, 而这些系统参数会改变振动的固有频率, 因此需要一个好的控制架构来做修正.如果需要高的品质因子(Q) ,驱动和感应的频宽必须很窄.增加1%的频宽可能降低20%的信号输出.还有阻尼大小也会影响信号输出. 一般的MEMS 陀螺仪由梳子结构的驱动部分和电容板形状的传感部分组成. 有的设计还带有去驱动和传感耦合的结构. mems陀螺仪的选用 ?陀螺仪在选用时，必须注意被测参数的物理环境和必要的性能指标。具体要求分列如下： 1.性能要求 ⑴ .随机漂移、随机游走系数、输出噪声 不同结构形式、不同原理的陀螺仪的对漂移率定义和要求不同，机械式陀螺仪精度使用的是随机漂移，光纤陀螺仪使用的随机游走系数。 随机漂移——指由随机的或不确定的有害力矩引起的漂移率。 随机游走系数——由白噪声产生的随时间累计的陀螺仪输出误差系数。 单位: ?/h1/2、?/s1/2。 输出噪声的单位：?/h/Hz1/2、?/s /Hz1/2 。
三轴陀螺仪基本技术原理解析
三轴陀螺仪基本技术原理解析 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，还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）。 陀螺仪的种类很多，按用途来分，它可以分为传感陀螺仪和指示陀螺仪。传感陀螺仪用于飞行体运动的自动控制系统中，作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器。指示陀螺仪主要用于飞行状态的指示，作为驾驶和领航仪表使用。 我们现在常接触的便是电子式的陀螺仪，有压电陀螺仪，微机械陀螺仪，光纤陀螺仪，激光陀螺仪等，并且还可以和加速度计，磁阻芯片，GPS，做成惯性导航控制系统。MEMS陀螺仪基本技术原理要想将陀螺仪技术应用于手机、MID、手柄、鼠标、数码相机这样的小型设备中，将传统陀螺仪小型化是必然，为此，MEMS陀螺仪正全面走进数码设备、游戏设备。MEMS是什么呢？MEMS（Micro Electro Mechanical systems，微电子机械系统）是建立在微米/纳米技术基础上的前沿技术，其是一种可对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一整体单元的微型系统。 MEMS产品已被广泛地应用于。。.数码相机（防抖防震器件，使用MEMS陀螺仪产品即便在持续震动的环境中，也能准确地进行归零的动作）、笔记本电脑或MID、手机（如加速度计）、MP3/MP4、游戏机等消费电子产品中。陀螺仪利用这种技术，可在硅片上形成微米尺度的精密谐振结构，用来感应角速度的大小和方向。 与传统的利用角动量守恒原理的陀螺仪相比，MEMS陀螺仪使用了不同的工作原理。传统的陀螺仪是一个不停转动的物体，其转轴的指向不随承载它的支架旋转而变化。要把这样一个不停转动的没有支撑的能旋转的物体用微机械技术在硅片衬底上加工出来，显然难上加难。为此，MEMS陀螺仪在基于传统陀螺仪特性的基础上利用科里奥利力来实现了设备的小型化。什么是科里奥利力呢？科里奥利力（Coriolis force）也就时常说的哥里奥利力、科氏力，它是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动
陀螺仪原理
英文名称：gyroscope 定义：利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运动检测装置。利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。 简介 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。由苍蝇后翅（退化为平衡棒）仿生得来。 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，还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 人们利用陀螺的力学性质所制成的各种功能的陀螺装置称为陀螺仪(gyroscope)，它在科学、技术、军事等各个领域有着广泛的应用。比如：回转罗盘、定向指示仪、炮弹的翻转、陀螺的章动、地球在太阳（月球）引力矩作用下的旋进（岁差）等。 陀螺仪的种类很多，按用途来分，它可以分为传感陀螺仪和指示陀螺仪。传感陀螺仪用于飞行体运动的自动控制系统中，作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器。指示陀螺仪主要用于飞行状态的指示，作为驾驶和领航仪表使用。 现在的陀螺仪分为，压电陀螺仪，微机械陀螺仪，光纤陀螺仪，激光陀螺仪，都是电子式的，可以和加速度计，磁阻芯片，GPS，做成惯性导航控制系统。 结构 基本上陀螺仪是一种机械装置，其主要部分是一个对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飞机两轴作自由运动；然后，在内环架外加上一外环架；这个陀螺仪有两个平衡环，可以环绕飞机三轴作自由运动，就是一个完整的太空陀螺仪(space gyro)。 历史 早于874年，中国陕西省法门寺供奉佛指舍利的贡品中，曾出现过用陀螺仪制作的香囊1850年法国的物理学家莱昂·傅科（J.Foucault）为了研究地球自转，首先发现高速转动中的转子（rotor），由于惯性作用它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字gyro（旋转）和skopein（看）两字合为gyro scopei 一字来命名这种仪表。 陀螺仪是一种既古老而又很有生命力的仪器，从第一台真正实用的陀螺仪器问世以来已有大半个世纪，但直到现在，陀螺仪仍在吸引着人们对它进行研究，这是由于它本身具有的特性所决定的。陀螺仪最主要的基本特性是它的稳定性和进动性。人们从儿童玩的地陀螺中早就发现高速旋转的陀螺可以竖直不倒而保持与地面垂直，这就反映了陀螺的稳定性。研究陀螺仪运动特性的理论是绕定点运动刚体动力学的一个分支，它以物体的惯性为基础，研究旋转物体的动力学特性。