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陀螺仪传感器原理及分类

2017-10-07 11:16分类:电气工程 阅读:

 

陀螺仪传感器原理及分类
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。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。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。现代陀螺仪可以精确地确定运动物体的方位的仪器,它在现代航空,航海,航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器。传统的惯性陀螺仪主要部分有机械式的陀螺仪,而机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高。70年代提出了现代光纤陀螺仪的基本设想,到八十年代以后,光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展,激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。光纤陀螺仪具有结构紧凑,灵敏度高,工作可靠。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。光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外。

基本部件
从力学的观点近似的分析陀螺的运动时,可以把它看成是一个刚体,刚体上有一个方向支点,而陀螺可以绕着这个支点作三个自由度的转动,所以陀螺的运动是属于刚体绕一个定点的转动运动。更确切地说,一个绕对称轴高速旋转的飞轮转子叫陀螺。将陀螺安装在框架装置上,使陀螺的自转轴有角转动的自由度,这种装置的总体叫做陀螺仪,
陀螺仪的基本部件有:

(1)陀螺转子(常采用同步电机、磁滞电机、三相交流电机等拖动方法来使陀螺转子绕自转轴高速旋转,并见其转速近似为常值);

(2)内、外框架(或称内、外环,它是使陀螺自转轴获得所需角转动自由度的结构);

(3)附件(是指力矩马达、信号传感器等)。

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:

(一)、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:

1、积分陀螺仪(它使用的反作用力矩是阻尼力矩);2、速率陀螺仪(它使用的反作力矩是弹性力矩);3、无约束陀螺(它仅有惯性反作用力矩);

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。

(二)、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)。

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