陀螺仪基本特性试验
陀螺仪的基本特性
3.2 陀螺仪的基本特性双自由度陀螺的两个基本特性是：进动性和定轴性。
3.2.1 陀螺仪的进动性简单的说陀螺的进动性是指当陀螺受到外力矩的作用时，所产生的一种复合扭摆运动，其进动角速度的方向垂直于外力矩的方向，其进动角速度的大小正比与外力矩，或者说，陀螺进动的方向为角动量以最短距离导向外力矩的方向。
为了便于理解，我们以二自由度的框架陀螺为例，其进动表现为：外力矩如沿着内框轴作用时，则陀螺仪绕外框转动；若外力矩沿外框轴作用时，则陀螺绕内框转动。
3.2.2 陀螺仪的定轴性陀螺的定轴性是指转子绕自转轴高速旋转时，如果不受外力矩的作用，自转轴将相对于惯性空间保持方向不变。
换言之，双自由度陀螺具有抵抗干扰力矩，力图保持转子轴相对惯性空间的方位稳定的特性。
在实际的陀螺仪中，由于结构和工艺的不尽完善，总是不可避免的存在干扰力矩，因此，考查陀螺仪的定轴性，更有实际意义的是考查有干扰情况下，在有限的时间内，自转轴保持方位稳定的能力。
由陀螺仪的进动性可以知道，在干扰力矩的作用下，陀螺将产生进动，使得自转轴偏离原有的方位，这种方位偏差就称为漂移。
一般说来，框架陀螺仪的漂移较大，从几度每小时到几十度每小时不等，这就是为什么框架式陀螺测斜仪在测量前要求标桩对北，测量结束后还必须校北的原因。
3.3 陀螺仪的表观进动由于陀螺仪自转轴相对于惯性空间保持方位不变（当陀螺仪的漂移足够小；同地球自转引起的地球相对惯性空间方位变化比较，可近似的认为陀螺仪相对惯性空间的方位不变），而地球以其自转角速度绕极轴相对惯性空间转动，所示观察者若以地球为参考基准，将会看到陀螺仪自转轴相对地球转动，这种相对运动称为陀螺仪的表观运动。
表观运动的实质是陀螺仪可以跟踪测量地球自转角速度。
例如在地球任意纬度处，放置一个高精度的二自由度陀螺仪，并使其自转轴处于当地垂线位置，如图所示，可以看到陀螺的自转轴将逐渐偏离当地的地垂线，而相对地球作圆锥面轨迹的表观进动，每24小时进动一周。
陀螺仪原理1基本特性
陀螺仪原理1基本特性陀螺仪是一种测量和操控物体旋转姿态和角速度的仪器。
它的原理基于陀螺的力矩和角动量守恒。
陀螺仪主要由陀螺和测量装置组成，其中陀螺是陀螺仪的核心部件，而测量装置用于测量陀螺的角速度和姿态。
陀螺的基本特性如下：1.稳定性：陀螺具有很高的稳定性，不受外力的干扰。
这是因为陀螺在转动过程中，会生成一个力矩，使得它的旋转轴保持不变。
这种稳定性使得陀螺仪能够准确地测量物体的旋转姿态和角速度。
2.精度：陀螺仪具有很高的精度，能够测量微小的角度变化和角速度。
3.抗干扰性：陀螺仪具有很强的抗干扰能力，可以排除外界的振动和加速度干扰。
这是通过使用惯性测量装置和滤波算法来实现的。
4.快速响应：陀螺仪能够快速地响应外界的变化，准确地反映物体的旋转姿态和角速度变化。
陀螺仪的工作原理如下：1.陀螺力矩：当陀螺旋转时，其转动轴总是保持不变。
这是因为旋转产生了一个力矩，使得陀螺的旋转轴始终与外界力矩的方向相同。
这个力矩称为陀螺力矩，它使得陀螺能够保持稳定的旋转。
2.角动量守恒：根据角动量守恒定律，陀螺的角动量大小和方向在没有外力作用下保持不变。
这意味着陀螺的旋转轴在转动过程中保持不变。
3.测量装置：测量装置通过测量陀螺的角速度和姿态来获取物体的旋转信息。
常见的测量装置包括陀螺仪芯片、加速度计、磁力计等。
这些装置能够感知陀螺的角速度和加速度，并通过信号处理和滤波算法将其转化为测量结果。
陀螺仪在许多领域都有广泛的应用，包括航空航天、导航、汽车行驶控制、无人机、手机电子稳定器等。
它的基本特性和工作原理使得其成为一种重要的测量和控制工具，可以提高系统的稳定性和精度。
随着技术的不断发展，陀螺仪的性能和应用范围还将进一步扩大。
光纤陀螺仪测试方法
光纤陀螺仪测试方法1 范围本标准规定了作为姿态控制系统、角位移测量系统和角速度测量系统中敏感器使用的单轴干涉性光纤陀螺仪（以下简称光纤陀螺仪）的性能测试方法。
2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注目期的引用文件，其随后所有的修改单（不包含勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB 321-1980 优先数和优先系数CB 998 低压电器基本实验方法GJB 585A-1998 惯性技术术语GJB 151 军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求3 术语、定义和符号GJB 585A-1998确立的以及下列术语、定义和符号适用于本标准。
3.1 术语和定义3.1.1 干涉型光纤陀螺仪 interferometric fiber optic gyroscope仪萨格奈克（Sagnac）效应为基础，由光纤环圈构成的干涉仪型角速度测量装置。
当绕其光纤环圈等效平面的垂线旋转时，在环圈中以相反方向传输出的两束相干光间产生相位差，其大小正比于该装置相对于惯性空间的旋转角速度，通过检测输出光干涉强度即反映出角速度的变化。
3.1.2 陀螺输入轴 input axis of gyro垂直于光纤环圈等效平面的轴。
当光纤陀螺仪绕该轴有旋转角速度输入时，产生光纤环圈相对于惯性空间输入角速度的输出信号。
3.1.3 标度因数非线性度 scale factor nonlinearity在输入角速度范围内，光纤陀螺仪输出量相对于最小二乘法拟合直线的最大偏差值与最大输出量之比。
3.1.4 零偏稳定性 bias stability当输入角速度为零时，衡量光纤陀螺仪输出量围绕其均值的离散程度。
以规定时间内输出量的标准偏差相应的等效输入角速度表示，也可称为零漂。
3.1.5 零偏重复性 bias repeatability在同样条件下及规定间隔时间内，多次通电过程中，光纤陀螺仪零偏相对其均值的离散程度。
陀螺仪实验报告
university of science and technology of china 96 jinzhai road, hefei anhui 230026,the people's republic of china陀螺仪实验实验报告李方勇 pb05210284 sist-05010 周五下午第29组2号2006.10.22 实验题目陀螺仪实验（演示实验）实验目的1、通过测量角加速度确定陀螺仪的转动惯量；2、通过测量陀螺仪的回转频率和进动频率确定陀螺仪的转动惯量；3、观察和研究陀螺仪的进动频率与回转频率与外力矩的关系。
实验仪器①三轴回转仪；②计数光电门；③光电门用直流稳压电源（5伏）；④陀螺仪平衡物；⑤数字秒表（1/100秒）；⑥底座（2个）；⑦支杆（2个）；⑧砝码50克+10克（4个）；⑨卷尺或直尺。
实验原理1、如图2用重物（砝码）落下的方法来使陀螺仪盘转动，这时陀螺仪盘的角加速度?为：?=d?r/dt=m/ip (1) 式中?r为陀螺仪盘的角速度，ip为陀螺仪盘的转动惯量。
m=f.r为使陀螺仪盘转动的力矩。
由作用和反作用定律，作用力为：f=m(g-a) (2) 式中g为重力加速度，a为轨道加速度（或线加速度）轨道加速度与角加速度的关系为：a=2h/tf2； ?=a/r (3) 式中h为砝码下降的高度，r如图1所示为转轴的半径，tf为下落的时间。
将(2)(3)代入(1)2ip?2mr2t?h2mgr可得： (4)2f测量多组tf和h的值用作图法或最小二乘法拟合数据求出陀螺仪盘的转动惯量。
2、如图3所示安装好陀螺仪，移动平衡物w使陀螺仪ab轴（x轴）在水平位置平衡，用拉线的方法使陀螺仪盘绕x轴转动（尽可能提高转速），此时陀螺仪具有常数的角动量l：l=ip.?r (5) 当在陀螺仪的另一端挂上砝码m（50g）时就会产生一个附加的力矩m*，这将使原来的角动量发生改变：dl/dt=m*=m*gr* (6) 由于附加的力矩m*的方向垂直于原来的角动量的方向，将使角动量l变化dl，由图1可见： dl=ld?这时陀螺仪不会倾倒，在附加的力矩m*的作用下将会发生进动。
陀螺仪漂移及测试课件
陀螺仪测试中的注意事项
在进行陀螺仪测试时，应确保测试环 境干净整洁，避免灰尘、污垢等杂质 对测试结果造成影响。
在进行动态测试时，应遵循安全操作 规程，确保测试过程中的安全。
测试前应对陀螺仪进行充分的预热， 以确保其性能稳定。
对于高精度的陀螺仪，应采用高精度 的测试设备进行测试，以确保测试结 果的准确性。
陀螺仪的种类和用途
机械陀螺仪
微机械陀螺仪
利用旋转轴的定轴性，用于方向测量 和控制系统，如导弹、飞机、船舶等 导航系统。
利用微机械加工技术制造，具有低成 本、小型化、集成化等特点，用于消 费电子产品、智能穿戴设备等。
光学陀螺仪
利用光束的干涉效应，具有高精度、 抗电磁干扰等特点，用于高精度测量 和控制系统，如卫星定位系统、惯性 导航系统等。
CHAPTER
陀螺仪静态测试
01
02
陀螺仪静态测试是指将 陀螺仪置于静止状态下 进行测试，以评估其性能。
测试内容包括检查陀螺 仪的零点稳定性、分辨 率、噪声水平等。
03
静态测试通常在实验室 环境下进行，以确保测 试结果的准确性。
04
静态测试还可以用于评 估陀螺仪在不同温度和 湿度条件下的性能表现。
陀螺仪动态测试
01
02
03
04
陀螺仪动态测试是指在实际运 动状态下对陀螺仪进行测试， 以评估其在动态环境中的性能。
测试内容包括检查陀螺仪的动 态响应速度、抗干扰能力、稳
定性等。
动态测试通常在振动台、离心 机等设备上进行，以模拟实际
使用中的各种运动状态。
动态测试还可以用于评估陀螺 仪在不同运动状态下的性能表 现，如旋转、俯仰、滚动等。
CHAPTER
某型燃气陀螺仪光电特性测试原理分析
某型燃气陀螺仪光电特性测试原理分析摘要：某型燃气陀螺仪（以下简称“陀螺仪”）是某类控制部件之一，为飞行过程中提供角度姿态信号，经综合处理后形成控制指令，实现飞行姿态控制。
本文主要对陀螺仪的光电特性测试进行原理分析，加强陀螺仪工作原理、结构及光电测试原理理解。
关键词：陀螺仪；光电特性；测试1引言目前由于陀螺仪自身具备的定轴特性（jinertia or rigidity）、进动特性（precession）被广泛应用于航空、航天及航海等领域。
而本文涉及的燃气陀螺仪则是利用陀螺仪的定轴性，测量出装备飞行中在空间绕其纵轴的旋转相位和旋转转速，产生基准脉冲信号，作为形成控制指令的基准。
该型陀螺仪的工作过程较为抽象简化，在地面检测呈现多项独立性检测，与实际使用差异大，导致测试理解难度大、操作困难。
本文中针对该型陀螺仪光电特性测试进行具体介绍，使陀螺仪的使用及测试原理更易理解。
2陀螺仪工作原理如图1陀螺仪结构示意图，陀螺仪实际工作时，燃气室内药柱燃烧产生高压燃气，通过与工作室连同的气孔进入工作室；当燃气作用在锁紧簧片的压力大于锁紧簧片作用在陀螺仪锁紧销的压力，锁紧簧片解锁；燃气即刻作用在转子，转子以约90000r/min高速转动。
高速转子与内外环形成定轴整体，而与弹体相固定的外壳（安装光电组件）随弹体旋转（见图2）。
当光电组件存在光信号起始位置旋转一周后再次检测到光信号，依次循环，则在既定基准周期内得到光信号次数（即旋转圈数），换算后即为旋转相位和旋转转速。
在陀螺仪工作过程中，光信号的感应强度、脉宽和定轴性保持的惯转时间为陀螺仪工作的重要指标，也是在研制生产和维修过程中检定陀螺仪合格的项目。
3测试原理分析陀螺仪的地面检测光电特性主要检查惯转时间、光电流、暗电流、补偿角及开启角。
说明：1-壳体；2-外环；3-盖帽；4-锁紧簧片；5-内环；6-转子；7-光电组件；8-挡光板。
图1 陀螺仪结构示意图1图2 陀螺仪结构示意图23.1 特性解析陀螺仪的光电特性主要依靠陀螺仪定轴性、光电组件实现，光电组件包括挡光板、光信号发生器及感受器。
全站式陀螺仪原理与性能测试
1.1陀螺发展过程 陀螺发展过程
陀螺仪的发展可划分为一下几个标志性阶段： (1)50年代以前研制液体漂浮式陀螺经纬仪 (2)60年代研制下架悬挂式陀螺经纬仪 (3)70年代研制上架悬挂式陀螺经纬仪 (4)80年代研制半自动化陀螺经纬仪 (5)90年代及以后研制自动化和自能化陀螺全站仪
1.2全站式陀螺仪的发展 全站式陀螺仪的发展
2.1全站式陀螺仪的外部结构 全站式陀螺仪的外部结构
如图所示，全站式陀螺仪的外部结构主要分为陀螺仪、全站仪和外部
连接设备三大部分。其中包括，陀螺全站仪主机、控制装置、直流电池、 包装箱、脚架、连接电缆和附件等。这些相互连接，相互作用。
2.2全站式陀螺仪的特点 全站式陀螺仪的特点
l、自动化程度高。 2、精度高。 3、操作方便。 4、稳定性好。 5、定向速度快。 6、可拆卸。 7、数据处理快。
2.全站式陀螺仪的结构及特点 全站式陀螺仪的结构及特点
全站式陀螺仪主要由全站仪、 陀螺仪和工作配件等组成。陀螺 仪是其中最重要的一个部分，陀 螺仪由灵敏部、悬挂装置、导流 器、精密轴系、光学系统、锁紧 和限幅机构、磁屏蔽、配重及支 承外壳等部件组成。如图右图所 示，现代陀螺全站仪的结构可从 内部和外部两方面研究，分析其 相关的配件和组成部分。特别是 对于上架式陀螺仪来说，这样对 其性能的分析，带来很多方便之 处。
（1）国内的发展状况： 我国的全站式陀螺仪起步较晚。从60年代开始研制陀 螺经纬仪，研制出多种下架式陀螺经纬仪如TDJ-II和TDJ83陀螺经纬仪、TDJ-88G型陀螺仪等 。研制成JD-60型陀 螺经纬仪，近几年对JT-l5也进行了升级改造。逐步形成 “六化”和“十六字”的发展态势。 （2）国外的发展状况： 2 自德国舒勒(M.schuler)在1920年试制成功第一台测量 陀螺仪以来，陀螺仪一直以机械化、光学化发展，直到近 几年的自动化、自能化 。如德国的Gyromat陀螺经纬仪 、 日本索佳公司出产的GP2130R3/3130R3全站式陀螺经纬 仪系列仪器、直到现在全站式陀螺仪日益趋于全自动化式陀螺仪的工作原理
陀螺仪实验——精选推荐
陀螺仪实验陀螺仪是一种具有比较复杂的运动学和动力学现象的装置，它有一个高速旋转的定点运动转子，该转子的轴线具有定向性，这是陀螺的最大特点。
陀螺的定向性在工程中有重要用途，如舰船和导弹的导航、稳定船舶和车辆的姿态，实际上行驶的自行车能够不翻倒也是由于陀螺的定向性，这时自行车的两个轮子就是陀螺。
因此，陀螺仪实验对于学生巩固和提高所学运动学、动力学知识，对复杂运动规律的认知和分析计算都有重要作用。
一、陀螺仪的理论基础1．欧拉角如图4-9，设Oxyz 为一个正交坐标惯性系，另一个正交坐标系321x x Ox 或O ξηζ绕坐标原点O 定点转动，坐标系321x x Ox （动系）相对于Oxyz 的角位置关系可以用多种方法来描述，其中用三个欧拉（Euler ）角φ,θ,ψ来描述是刚体动力学中常见的方法。
参见图4-9，坐标系321x x Ox 的当前位置，可以将坐标系Oxyz 转动三次到达，先将Oxyz 绕z 轴转φ角，记为坐标系1，其中x 轴到达节线的位置；再将坐标系1绕节线转θ角，记为坐标系2，这时z 轴变为3x 轴；最后将坐标系2绕3x 轴转ψ角就得到321x x Ox ，其中原来的x 轴变为1x 轴、y 轴变为2x 、z 轴变为3x 轴。
这三个角是相互独立的，分别称为动系的进动角（φ）、章动角（θ）和自转角（ψ）（节线绕z 轴的转动为进动，动系绕节线的转动为章动，动系绕自转轴3x 的转动为自转）。
一般情况下，它们唯一地确定动系（刚体）的瞬时角位置。
再来确定动系321x x Ox 的角速度矢量Ω。
在~t t t +∆的t ∆时间内，设动系角位置的无穷小增量为φ∆、θ∆和ψ∆，动系的这种无穷小角位置改变可以将动系分别绕z 轴转φ∆、绕节线转θ∆和绕3x 轴转ψ∆后叠加得到，且结果与转动次序无关（我们对此不作证明，但必须注意，刚体多次有限转动的结果却与转动次序有关，因此不能叠加；学生可以将一本书沿任意两条边以一种次序各转90︒，再重新按不同的次序各转90︒，结果是不同的）。
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陀螺仪基本特性试验
陀螺仪基本特性试验一、实验目的
1．用实验的方法观察并验证陀螺仪的基本特性——定轴性，进动性和陀螺力矩效应。
2．学习使用陀螺实验用主要设备——转台。
3．利用线性回归方法进行数据处理。
二、实验设备
1．TZS-74陀螺仪表综合试验转台。
2．双自由度陀螺仪。
3．砝码。
4．实验用电源：交流220V，50~（转台用）36V，400~三相电源。
三、实验内容和步骤
（一）定轴性实验
1.陀螺马达不转时，开动转台，观察陀螺仪是否有定轴性。
2.接通电源，几下陀螺转子的转速方向，开动转台观察转子转
动时陀螺仪的定轴性。
（二）进动性实验
1.外加力矩，观察进动现象。
根据进动规律判断角动量H的方
向，并和上面记下的转速方向做一比较。
2.测量进动角速度和外加力矩的关系：
（1）在加力杆的前后标尺上分别加不同重量的砝码，记录进动的角度与实践，列表并计算出对应于每一外加力矩的
进动角速度值，画出实验曲线。
（2）根据进动规律x M
ω=（H J=Ω）计算出对应于每一外加
H
力矩的进动角速度，画出理论曲线。
（3）将实验曲线与理论曲线进行比较并说明产生误差的原因。
（4）用线性回归的方法进行数据处理，并通过求回归系数的方法求出角动量H的值。
3.测量进动角速度和角动量的关系
在同一外力矩作用下，测量陀螺马达在额定转速下和断电一分钟后的进动角速度（断电一分钟后马达转速低于额定转速）。
根据实验结果说明进动角速度和角动量的关系。
（三）陀螺力矩实验
1.开动转台，使双自由度陀螺仪基座转动，观察有无陀螺力矩
效应，并说明原因。
2.观察双自由度陀螺仪在进动时的陀螺力矩效应。
用手对内框
架加力矩，用手的感觉来测量陀螺力矩的大小和方向。
说明陀螺力矩产生的原因。
3.拧紧固定外框架的螺钉。
用手对内框架加力矩。
观察此时转
子轴的运动方向。
用手感觉此时对手是否有陀螺力矩作用，加以分析。
4.测量陀螺力矩和进动角速度的关系
为了达到测量陀螺力矩的目的，我们拧紧固定外框架的螺钉，是陀螺仪成为单自由度陀螺仪。
然后打开转台，是陀螺已跟随着基座以相同的角速度进动，这是在内框轴上就受到一个陀螺力矩，我们在加力杆上加砝码，便可在内框架轴上施加重力力矩来平衡陀螺力矩。
（1）转动转台，测量转台的角度和时间，并同时在加力杆上加砝码平衡陀螺力矩。
列表计算出陀螺力矩与进动角度
的关系，并画出试验曲线。
（2）根据陀螺力矩公式计算陀螺力矩与进动角速度的关系，并列表画出理论曲线。
（3）将试验曲线与理论曲线进行比较，并说明产生误差的原因。
（四）观察章动现象
1.用手在双自由度陀螺仪上施加冲击力矩，观察并记录章动现
象。
2.关闭陀螺马达电源，等陀螺马达转速降低及停转后再用手在
陀螺仪上施加陀螺力矩，观察并记录陀螺仪的运动情况。