静电陀螺仪又称电浮陀螺。在金属球形空心转子的周围装有均匀分布的高压电极,对转子形成静电场,用静电力支承高速旋转的转子。这种方式属于球形支承,转子不只能绕自转轴旋转,同时也能绕垂直于自转轴的任何方向转动,故属自由转子陀螺仪类型。静电场只有吸力,转子离电极越近吸力就越大,这就使转子处于不稳定状态。用一套支承电路改变转子所受的力,可使转子保持在中心位置。静电陀螺仪采用非接触支承,不存在摩擦,所以精度很高,漂移率低达10~10度/时。它不能承受较大的冲击和振动。它的缺点是结构和制造工艺复杂,成本较高。陀螺仪为智能眼镜提供头部转动追踪,优化交互体验。上海船用惯导
艾默优ARHS系列陀螺仪的技术特点:(一)高精度捷联算法模型:ARHS系列陀螺仪采用高精度捷联算法模型,解算周期只为5毫秒。这种高效的算法模型能够快速处理光纤陀螺仪和加速度计的测量数据,确保系统在动态环境下的实时性和准确性。(二)抗震动、抗电磁干扰设计:ARHS系列陀螺仪采用了抗震动、抗电磁干扰设计,能够在恶劣环境下稳定工作。通过严格的密封设计和施工工艺,产品能够在高震动、强电磁干扰等复杂环境下精密地测量载体的角运动。上海船用惯导陀螺仪基于角动量守恒原理,抵抗外力改变旋转轴方向。
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。
我们以一个单轴偏航陀螺仪为例,探讨较简单的工作原理(图1)。两个正在运动的质点向相反方向做连续运动,如蓝色箭头所示。只要从外部施加一个角速率,就会产生一个与质点运动方向垂直的科里奥利力,如图中黄色箭头所示。产生的科里奥利力使感应质点发生位移,位移大小与所施加的角速率大小成正比。因为传感器感应部分的运动电极(转子)位于固定电极(定子)的侧边,上面的位移将会在定子和转子之间引起电容变化,因此,在陀螺仪输入部分施加的角速率被转化成一个专门使用电路可以检测的电参数。智能手机内置陀螺仪,实现屏幕自动旋转与游戏体感操作。
陀螺仪在手机中的应用主要体现在以下几个方面:1、可以和手机上的摄像头配合使用。比如防抖,在拍照时的维持图像的稳定,防止由于手的抖动对拍照质量的影响。在按下快门时,记录手的抖动动作,将手的抖动反馈给图像处理器,可以让手机捕捉到更清晰稳定的画面。2、各类游戏的传感器。比如飞行游戏,体育类游戏,甚至包括一些头一视角类射击游戏,陀螺仪完整监测游戏者手的位移,从而实现各种游戏操作效果。有关这点,想必用过任天堂WII的网友会有很深的感受。激光陀螺仪利用萨格纳克效应,提供高精度角速度测量。上海船用惯导
智能手机陀螺仪灵敏度可达0.01度/秒,检测微小转动。上海船用惯导
单自由度陀螺仪给陀螺增加了一个自由度,共有两个自由度。单自由度陀螺仪模型如图3所示,x、y、z分别为陀螺仪的三个周,x方向没有自由度。转子飞速转动的动量H沿z轴方向。当基座绕z轴转动或y轴转动时,由于内框架具有隔离运动作用,转子不会随着基座的转动而转动。当基座绕x轴转动时,内框架轴有一对力F作用在内框架轴的两端,形成力矩M_x,方向沿x轴方向。由于陀螺仪没有该方向的转动自由度,力矩M_x使陀螺仪绕内框架进动,沿y轴方向。总之,单自由度陀螺仪可敏感缺少自由度方向的角速度。上海船用惯导
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