激光陀螺仪的原理与应用课件
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陀螺经纬仪原理与应用53页PPT
陀螺经纬仪原理与应用
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
谢谢！
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
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露
凝
无
游
氛
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天
高
风
景
澈先巢故尚在，相 将还旧居。
8
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吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
谢谢！
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倚
南
窗
以
寄
傲
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审
容
膝
之
易
安
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61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
20陀螺课件(50张PPT)
陀螺发展历程及现状
发展历程
从最早的机械陀螺到现代的光学陀螺和微机械陀螺，陀螺技术经历了多次变革 和进步。
现状
目前，光学陀螺和微机械陀螺已成为主流，具有高精度、高可靠性、小型化等 优点。同时，新型陀螺技术如量子陀螺等也在不断发展中。
02
陀螺仪结构与工作 原理
陀螺仪基本结构组成
转子
高速旋转的对称刚 体，提供陀螺力矩
驱动装置
使转子保持恒定转 速的装置
陀螺仪主要部件
转子、支架、驱动 装置、测量装置
支架
支撑转子并允许其 在特定自由度上旋 转
测量装置
检测转子进动角速 度的装置
陀螺仪工作原理剖析
陀螺仪力学基础
动量矩守恒定律
陀螺仪进动性
在外力矩作用下，转子绕动量矩矢量旋转
陀螺仪定轴性
陀螺仪进动角速度与外力矩关系
在不受外力矩作用时，转子动量矩矢量保持 恒定方向
姿态控制系统概述及功能需求
姿态控制系统定义
通过传感器感知载体姿态变化，并通过执 行机构调整载体姿态，使其保持稳定或按
照预定轨迹运动的系统。
稳定性
在各种干扰下，能够保持稳定的姿态控制 性能。
实时性
能够快速响应姿态变化，及时调整控制策 略。
精确性
能够精确感知和控制姿态变化，减小误差。
陀螺仪在姿态控制系统中作用
典型案例分析：车载稳定平台设计
姿态稳定度
≤0.1°（横滚、俯仰）；
指向精度
≤1mrad；
典型案例分析：车载稳定平台设计
• 环境适应性：适应不同路况和车速下的稳定需求。
典型案例分析：车载稳定平台设计
解决方案
采用高精度陀螺仪和加速度计组成惯性测量单元（IMU），实现姿态的 高精度感知；
《陀螺》ppt课件优秀版
05
CHAPTER
陀螺仪在陆地交通领域应用
陀螺仪能够精确测量汽车的横滚、俯仰和偏航角度，为自动驾驶系统提供准确的车辆姿态信息。
姿态测量
结合GPS和其他传感器数据，陀螺仪能够提高汽车的定位精度，确保自动驾驶汽车在复杂道路环境中的稳定行驶。
导航定位
通过实时监测车辆动态参数，陀螺仪有助于自动驾驶系统实现车辆稳定性控制，提高行驶安全性。
陀螺仪在水下潜航器中发挥关键作用，通过实时测量潜航器的姿态和角速度，为深海导航提供精确的数据支持。
深海导航
结合陀螺仪的测量数据和其他传感器信息，水下潜航器可以实现地形匹配和精确定位，提高水下作业的准确性和效率。
地形匹配与定位
陀螺仪作为惯性导航系统的重要组成部分，可以为水下潜航器提供持续、稳定的导航支持，确保潜航器在复杂水下环境中的可靠运行。
控制稳定性
车辆定位与导航
通过对乘客上下车数据的采集和分析，陀螺仪有助于实现客流量的精确统计和预测，为运营调度提供数据支持。
客流统计与分析
安全监控与预警
陀螺仪能够实时监测城市轨道交通系统的运行状态，发现潜在的安全隐患并及时预警，确保乘客出行安全。
在城市轨道交通系统中，陀螺仪能够提供准确的车辆定位和导航信息，确保列车在复杂环境中的稳定运行。
随着MEMS技术的发展，陀螺仪将越来越微型化和集成化，降低成本并拓展应用领域。
微型化和集成化
提高陀螺仪的测量精度和稳定性是未来发展的重要方向，以满足高端应用的需求。
高精度与高性能
将陀螺仪与其他传感器（如加速度计、磁力计等）进行融合，通过算法优化提高数据处理的准确性和效率。
多传感器融合与算法优化
陀螺仪在发展过程中面临着技术、市场和应用等多方面的挑战，但同时也为相关产业带来了巨大的发展机遇。
CHAPTER
陀螺仪在陆地交通领域应用
陀螺仪能够精确测量汽车的横滚、俯仰和偏航角度，为自动驾驶系统提供准确的车辆姿态信息。
姿态测量
结合GPS和其他传感器数据，陀螺仪能够提高汽车的定位精度，确保自动驾驶汽车在复杂道路环境中的稳定行驶。
导航定位
通过实时监测车辆动态参数，陀螺仪有助于自动驾驶系统实现车辆稳定性控制，提高行驶安全性。
陀螺仪在水下潜航器中发挥关键作用，通过实时测量潜航器的姿态和角速度，为深海导航提供精确的数据支持。
深海导航
结合陀螺仪的测量数据和其他传感器信息，水下潜航器可以实现地形匹配和精确定位，提高水下作业的准确性和效率。
地形匹配与定位
陀螺仪作为惯性导航系统的重要组成部分，可以为水下潜航器提供持续、稳定的导航支持，确保潜航器在复杂水下环境中的可靠运行。
控制稳定性
车辆定位与导航
通过对乘客上下车数据的采集和分析，陀螺仪有助于实现客流量的精确统计和预测，为运营调度提供数据支持。
客流统计与分析
安全监控与预警
陀螺仪能够实时监测城市轨道交通系统的运行状态，发现潜在的安全隐患并及时预警，确保乘客出行安全。
在城市轨道交通系统中，陀螺仪能够提供准确的车辆定位和导航信息，确保列车在复杂环境中的稳定运行。
随着MEMS技术的发展，陀螺仪将越来越微型化和集成化，降低成本并拓展应用领域。
微型化和集成化
提高陀螺仪的测量精度和稳定性是未来发展的重要方向，以满足高端应用的需求。
高精度与高性能
将陀螺仪与其他传感器（如加速度计、磁力计等）进行融合，通过算法优化提高数据处理的准确性和效率。
多传感器融合与算法优化
陀螺仪在发展过程中面临着技术、市场和应用等多方面的挑战，但同时也为相关产业带来了巨大的发展机遇。
激光陀螺仪工作原理
激光陀螺仪工作原理
激光陀螺仪，听着挺高科技的一玩意儿，其实就是利用光的干涉效果来测量陀螺仪旋转的角速度。
简单来说，就是用光来看东西转了多快的一个原理。
具体点说，激光陀螺仪会把一束光分成两股，然后让它们绕着两个相对方向旋转的环路走。
当整个装置不旋转时，这两股光会同时回到原点。
但是如果装置有了旋转，就会影响光的传播路径，导致两股光相遇时会出现干涉现象，最终会形成一个干涉图样。
这个干涉图样会被检测器接收到，然后根据干涉效果的变化来计算出装置的旋转角度和角速度。
这样，通过测量光束的干涉现象，就可以知道陀螺仪在空间中的旋转情况了。
所以说，激光陀螺仪就是利用光的干涉效应来检测物体的旋转状态，是一种精密仪器呢。
《MEMS陀螺仪》PPT课件
关于MEMS陀螺仪的最新国外成果
1、美商亚德诺(Analog Devices, Inc., ADI)新推出的编号为 ADIS 16136 的 iSensor 数位MEMS陀螺仪。该陀螺仪具有以下 特点：
①尺寸仅火柴盒大小，却能提供3.5 o /hr的典型偏压稳定 度，且只消耗低于1瓦特的功率，重量则只有25公克。
低成本批量生产
将MEMS陀螺仪与其辅助电路整合在同一个封装内，运用创新的MEMS制程技术， 简化传感器与线路之间的焊接过程，并缩小它们的封装尺寸（多轴陀螺仪的 系统封装面积仅为3×5平方毫米），用一块硅片可一次性快速生产大量产品， 实现低成本量产。
MEMS陀螺仪的特点
缺点： 陀螺仪根据精度划分，有超高精度、中高精度陀螺仪和低精度陀螺仪。MEMS
2、CRS02系列角速度传感器(微机械陀螺仪) 是 用于测量运动物体角速度的微型惯性器件。陀螺 仪应用Corioli效果，采用硅素超微精密环型传 感件设计而生产一耐震动的高精度类比输出电压。 陀螺仪量得的是角速度资料, 经积分旋转,而经 微分可得角加速度资料。惯性系统最大的一个缺 点， 就是陀螺仪的误差会随着工作时间而累积， 这样的误差是无法接受的，需要以各种滤波和定 位方法, 去修正位置的误差。 它的主要用途是 导航、汽车安全系统、遥控直升机、车装/船双 卫星天线、航天、工业用、安定架、测量仪器、 船双电子罗盘补偿等
2、日前,意法半导体(ST)新推出13款单轴和双轴陀螺 仪。这种陀螺仪有以下值得关注的地方：
①这种全新高性能角运动传感器
可运用于手势控制的游戏机和遥
控指向产品、数字摄像机或数码
相机的图像稳定功能，以及GPS
导航辅助系统。
②意法半导体的陀螺仪包括关断模式
(当整个器件完全关断时)和睡眠模式，
激光陀螺仪综述
激光陀螺仪综述姓名：学号：20101、激光陀螺仪概述现代陀螺仪是一种能够精确的定位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，它的精度受到了许多方面的制约。
2、激光陀螺仪的原理及分类2.1激光陀螺仪的原理激光陀螺仪的原理是利用光程差来测量旋转角速度（ Sagnac 效应）。
在闭合光路中，由同一光源发出的沿顺时针方向和反时针方向传输的两束光和光干涉，利用检测相位差或干涉条纹的变化，就可以测出闭合光路旋转角速度。
激光陀螺仪的基本元件是环形激光器，环形激光器由三角形或正方形的石英制成的闭合光路组成，内有一个或几个装有混合气体（氦氖气体）的管子，两个不透明的反射和一个半透明镜。
用高频电源或直流电源激发混合气体，产生单色激光。
为维持路谐振，回路的周长应为光波波长的整数倍。
用半透明镜将激光导出回路，经反射镜使两束相反传输的激光干涉，通过光电探测器和电路输入与输出角度成比例的数字信号。
2.2激光陀螺仪的分类激光陀螺原理上根本不同于普通的机电式陀螺。
常规机电转子陀螺依据普通的刚体力学原理按照机械储能方式工作，而激光陀螺是以双向行波的环形激光器为核心的量子光学仪表，其依据基于广义相对论的Sagnac效应。
所谓的Sagnac 效应是指在任意几何形状的闭合光路中，从某一观察点出发的一对光波沿相反方向运行一周后又回到该观察点时，这对光波的相位将由于该闭合环形光路相对于惯性空间的旋转而不同。
其相位差（或光程差）的大小与闭合光路的转动速率成正比。
激光谐振腔内的相位差又可以成为放大数百万倍的频率差，这样就可以通过测量光电信号的频率来测量物体的角速度、角度等。
图1：激光陀螺仪的结构示意图与传统的机电式陀螺仪相比，激光陀螺仪构成简单，其主体为微晶玻璃腔体以及反射镜构成一个光学环形谐振腔，另外还有偏频系统、稳频控制系统、信号读出系统、信号处理系统、高压电源、磁屏蔽单元等部分。
(2024年)陀螺课件(61)(共63张PPT)pptx
机械陀螺仪
光学陀螺仪
结构简单、成本低廉，但精度和稳定性较 差，易受环境因素影响。
基于光学原理工作，具有高精度、高稳定 性等优点，但成本较高。
微机械陀螺仪
激光陀螺仪
采用微机械加工技术制造，具有体积小、 重量轻、成本低等优点，但精度和稳定性 相对较低。
利用激光干涉原理测量角速度，具有高精 度、高稳定性、无机械磨损等优点，但成 本较高且对环境要求较高。
多传感器融合与校准
03
在实际应用中，单一陀螺仪往往难以满足需求，多传感器融合
与校准技术成为提高系统性能的关键。
25
探讨未来发展趋势和前景
2024/3/26
新型陀螺仪技术
随着科技进步，新型陀螺仪技术（如量子陀螺仪、生物陀螺仪等）有望在未来取得突破， 为高精度测量和导航领域带来革命性变革。
多源信息融合与智能算法
通过融合多种传感器信息和采用智能算法，可以提高陀螺仪系统的整体性能，实现更高精 度的姿态测量和导航定位。
拓展应用领域
随着陀螺仪性能的不断提升和成本的降低，其应用领域将进一步拓展，如智能交通、智能 家居、虚拟现实等。
26
感谢您的观看
THANKS
2024/3/26
27
组合导航算法
将惯性导航系统与卫星导航系统、里程计等其他导航手段进行组合， 实现优势互补，提高整体导航性能。
14
04
陀螺仪在姿态控制中应用
2024/3/26
15
姿态控制概述及分类
2024/3/26
姿态控制定义
通过对物体姿态的调整，实现其在空间中的稳定定位和定向 。
姿态控制分类
根据控制对象的不同，可分为刚体姿态控制和柔性体姿态控 制；根据控制方法的不同，可分为开环控制和闭环控制。
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
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1
Background
Basic principle 2
3 Main application
Research status 4
The research status of abroad
For the first time in 1963, the Sperry, the company successfully developed the ring laser gyro.
Inertial components
Inertia measurement Inertial navigation Inertial stabilization Inertial guidance
Inertial device is the core of the inertial technology
The actual model ----laser gyro relative interferometer
1
Background
Basic principle 2
3 Main application
① Most of the aircraft and civil aviation abroad F - 22, F - 35, SU - 30 aircraft, B747 and A320 civilian planes
The Principle and Application of Ring Laser Gyro
1
Background
Gyroscope: A sensor which has the ability to perceive
the running speed and maintain the direction of the type.
③ All kinds of tactical and strategic missiles Small intercontinental ballistic missiles "dwarf" The Block III tomahawk cruise missile.
④ Observe the tiny seismic effect and the solid ground tidal effect
② Conventional weapons such as tanks, artillery "Latin" howitzer Swedish BKAN1A and FH - 77 - b howitzers Precision measurement reconnaissance vehicles
the condition of low speed it is easy to closure.
Fiber optic gyro
Ring laser gyro
④ The precision of RLG is high , but the price also high.
1
Background
Basic principle 2
Rotation free condition, two beams of light transmission time, which is,
tCCW
tCW
L 2R
cc
Under the condition of rotating,
M CCW
CCCW
M
l
M ’
(a)
(b)
• The time of two directions
② The optical path of RLG must be kept in a solid component, so the degree of FOG on the surrounding environment sensitiver than RLG.
③ RLG has some inherent drawbacks, such as mirrors, gas, and under
In 1975, Honeywell company developed the mechanical dithering frequency laser gyro, adopting the technology of laser gyro strapdown inertial navigation system truly entered the practical stage.
Tro
① RLG's zero bias and scale factor of the system parameters are stability compared with FOG, so the calibration difficulty relatively easy.
2R
t CCW
c R
tCW
2R
c R
• Transmission time
t
tCCW
tCW
4R2
c2
M CCW
CCCW
(a)
M
l
M ’
(b)
Constitute of the RLS
Partial frequency components Cheng long control component Signal readout system Ring laser Logic circuit The power component The installation structure Electromagnetic shielding cover, etc
• Traditional inertial gyro has a high requirement on the process structures, complex structure, and the precision is restricted.
• R i n g l a s e r g y r o rotor rotating parts, not angular momentum, ring frame, also do not need direction angle sensor moving parts, such as simple structure, long working life, convenient maintenance, high reliability.