當(dāng)陀螺儀應(yīng)用到車載導(dǎo)航上,便大幅度提升了導(dǎo)航的精確度,它的作用體現(xiàn)在:1、陀螺儀能在GPS信號不好時能繼續(xù)發(fā)揮導(dǎo)航的作用并修正GPS定位不準(zhǔn)的問題,在GPS信號不好時,陀螺儀可根據(jù)已獲知的方位、方向和速度來繼續(xù)進(jìn)行精確導(dǎo)航,這也是慣性導(dǎo)航技術(shù)的基本原理。同時也可修正GPS信號不好時定位偏差過大的問題。2、陀螺儀能比GPS提供更靈敏準(zhǔn)確的方向和速度,GPS是無法即時發(fā)現(xiàn)車子速度和方向的改變的,要等跑了一段距離之后才能測出,因此當(dāng)你車子在非導(dǎo)航情況下轉(zhuǎn)變了方向后,就會出現(xiàn)小陳那樣的狀況,導(dǎo)航就無法辨識你車子的轉(zhuǎn)向,結(jié)果把方向?qū)уe了。陀螺儀的作用主要在于測量和記錄物體的角速度和方向變化,是導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中不可或缺的部分。江蘇頂管導(dǎo)向慣導(dǎo)
陀螺儀的基本構(gòu)成(以機(jī)械式陀螺儀為例):(1)轉(zhuǎn)子:常使用電機(jī)(比如同步電機(jī)、磁滯電機(jī)、三相交流電機(jī)等)驅(qū)動陀螺轉(zhuǎn)子繞其自轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn),并使其轉(zhuǎn)速近似保持為常值;(2)自轉(zhuǎn)軸;(3)萬向坐標(biāo)系(內(nèi)、外環(huán)):使陀螺自轉(zhuǎn)軸獲得所需角轉(zhuǎn)動自由度;(4)力矩馬達(dá)、信號傳感器等。使用陀螺儀/利用陀螺儀原理的產(chǎn)品/設(shè)備,慣性導(dǎo)航儀、體感設(shè)備(Joycon/wii等)、智能手機(jī)、穿戴設(shè)備(智能手表/手環(huán))、飛行器/無人機(jī)、電子攝影設(shè)備、穩(wěn)定器、AR/VR、機(jī)器人、游戲控制器/游戲手柄、自行車(輪子轉(zhuǎn)的越快越不容易倒)。海南慣導(dǎo)廠商未來,陀螺儀將進(jìn)一步融合人工智能技術(shù),實(shí)現(xiàn)更智能、更高效的數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用。
在系統(tǒng)方面,陀螺儀的信號調(diào)節(jié)電路可簡化為電機(jī)驅(qū)動部分和加速傳感器感應(yīng)電路兩部分(圖2): - 電機(jī)驅(qū)動部分通過靜電激勵方法,使驅(qū)動電路前后振蕩,為機(jī)械元件提供勵磁;感應(yīng)部分通過測量電容變化來測量科里奧利力在感應(yīng)質(zhì)點(diǎn)上產(chǎn)生的位移,這是一個穩(wěn)健、可靠的技術(shù),被成功地用于ST的MEMS產(chǎn)品線,能夠提供強(qiáng)度與施加在傳感器上的角速率成正比的模擬或數(shù)字信號。 在控制電路內(nèi)部有先進(jìn)的電源關(guān)斷功能,當(dāng)不需要傳感器功能時,可關(guān)閉整個傳感器,或讓其進(jìn)入深度睡眠模式,以大幅降低陀螺儀的總功耗,當(dāng)需要檢測傳感器上施加的角速率時,在接到用戶的命令后,傳感器可從睡眠模式中立即喚醒。
陀螺儀的分類:按照轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的自由度分成:雙自由度陀螺儀(也稱三自由度陀螺儀)和單自由度陀螺儀(也稱二自由度陀螺儀)。前者用于測定飛行器的姿態(tài)角,后者用于測定姿態(tài)角速度,因此常稱單自由度陀螺儀為。浮子陀螺由于利用浮力支承,摩擦力矩減小,陀螺儀的精度較高,但因不能定位仍有摩擦存在。為彌補(bǔ)這一不足,通常在液浮的基礎(chǔ)上增加磁懸浮,即由浮液承擔(dān)浮子組件的重量,而用磁場形成的推力使浮子組件懸浮在中心位置?,F(xiàn)代高精度的單自由度液浮陀螺常是液浮、磁浮和動壓氣浮并用的三浮陀螺儀。這種陀螺儀比滾珠軸承陀螺儀的精度高,漂移率為0.01度/時。但液浮陀螺儀要求較高的加工精度、嚴(yán)格的裝配、精確的溫控,因而成本較高?,F(xiàn)代陀螺儀采用微電子技術(shù),實(shí)現(xiàn)小型化、集成化和智能化,提高系統(tǒng)性能。
航向姿態(tài)系統(tǒng)是一種測量、顯示飛機(jī)航向角、俯仰角和滾轉(zhuǎn)角的飛行儀表。它由全姿態(tài)陀螺儀、磁航向傳感器或天文羅盤和全姿態(tài)指示器組成。全姿態(tài)陀螺儀主要由航向陀螺和垂直陀螺(一種陀螺地平儀)組成。這兩個陀螺儀均裝在隨動環(huán)內(nèi),所以在飛機(jī)機(jī)動飛行時既能使航向陀螺的外環(huán)軸始終保持在地垂線方向上,又能使垂直陀螺的轉(zhuǎn)子軸和外環(huán)軸始終保持正交,以保證全姿態(tài)陀螺儀提供正確的航向、俯仰、傾側(cè)姿態(tài)信息。按驅(qū)動陀螺輪運(yùn)轉(zhuǎn)的分類方式有:電動和氣動。按姿態(tài)角測量分類方式有:摩擦式電位器(通過測量模擬電壓的大小來計算出姿態(tài)角)和非接觸式容柵傳感器 ;對于角速度傳感器,很多人可能會比較陌生,不過,如果提到它的另一個名字——陀螺儀,相信有不少人知道。陀螺儀可以用于地震監(jiān)測和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測,提供準(zhǔn)確的振動和位移測量。上海慣性導(dǎo)航系統(tǒng)批發(fā)
陀螺儀可以實(shí)現(xiàn)無需外部參考的導(dǎo)航,適用于各種環(huán)境和條件下的導(dǎo)航需求。江蘇頂管導(dǎo)向慣導(dǎo)
陀螺儀的基本部件有:(1) 陀螺轉(zhuǎn)子(常采用同步電機(jī)、磁滯電機(jī)、三相交流電機(jī)等拖動方法來使陀螺轉(zhuǎn)子繞自轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn),并見其轉(zhuǎn)速近似為常值)(2) 內(nèi)、外框架(或稱內(nèi)、外環(huán),它是使陀螺自轉(zhuǎn)軸獲得所需角轉(zhuǎn)動自由度的結(jié)構(gòu))(3) 附件(是指力矩馬達(dá)、信號傳感器等)?;绢愋?,根據(jù)框架的數(shù)目和支承的形式以及附件的性質(zhì)決定陀螺儀的類型有:三自由度陀螺儀(具有內(nèi)、外兩個框架,使轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸具有兩個轉(zhuǎn)動自由度。在沒有任何力矩裝置時,它就是一個自由陀螺儀)。二自由度陀螺儀(只有一個框架,使轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸具有一個轉(zhuǎn)動自由度)。江蘇頂管導(dǎo)向慣導(dǎo)
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