這個黑色的小方塊有著一個名字,叫做“微機(jī)電陀螺儀”。微機(jī)電陀螺儀雖然也叫陀螺儀,但無論是外在還是內(nèi)在,都與陀螺沒有什么關(guān)系,它之所以能夠測定物體的姿態(tài),是利用了科里奧利力??评飱W利力是由法國氣象學(xué)家科里奧利所提出的,簡言之就是在一個旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)里,如果有一個直線移動的物體,那么就會受到這個旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的影響,移動路線發(fā)生偏轉(zhuǎn),變?yōu)橐粭l曲線。地球在自轉(zhuǎn),所以地球就是這樣一個旋轉(zhuǎn)系統(tǒng),由于地球自西向東旋轉(zhuǎn),所以在北半球,不論從哪個方向吹來的風(fēng),都會向右偏轉(zhuǎn),而在南半球則恰好相反,風(fēng)會向左偏。通過陀螺儀和GPS的組合使用,可以實現(xiàn)更精確的位置和姿態(tài)信息,普遍用于航空、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)等領(lǐng)域。船用慣導(dǎo)使用方法
陀螺儀在智能手機(jī)中的應(yīng)用,陀螺儀的使用距離我們較近的就是我們的手機(jī),陀螺儀在手機(jī)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面:導(dǎo)航。陀螺儀自被發(fā)明開始,就用于導(dǎo)航,先是德國人將其應(yīng)用在V1、V2火箭上,因此,如果配合GPS,手機(jī)的導(dǎo)航能力將達(dá)到前所未有的水準(zhǔn)。實際上,很多專業(yè)手持式GPS上也裝了陀螺儀,如果手機(jī)上安裝了相應(yīng)的軟件,導(dǎo)航能力絕不亞于很多船舶、飛機(jī)上用的導(dǎo)航儀。還可以實現(xiàn)GPS的慣性導(dǎo)航:當(dāng)汽車行駛到隧道或城市高大建筑物附近,沒有GPS訊號時,可以通過陀螺儀來測量汽車的偏航或直線運動位移,從而繼續(xù)導(dǎo)航。上海高動態(tài)航姿儀虛擬現(xiàn)實(VR)設(shè)備中,陀螺儀用于捕捉用戶頭部運動,提供沉浸式體驗。
陀螺儀的原理,陀螺儀,是一種用來感測與維持方向的裝置,基于角動量不滅的理論設(shè)計出來的。陀螺儀一旦開始旋轉(zhuǎn),由于輪子的角動量,陀螺儀有抗拒方向改變的趨向。通俗地說,一個旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時,是不會改變的。大家如果玩過陀螺就會知道,旋轉(zhuǎn)的陀螺遇到外力時,它的軸的方向是不會隨著外力的方向發(fā)生改變的。我們騎自行車其實也是利用了這個原理。輪子轉(zhuǎn)得越快越不容易倒,因為車軸有一股保持水平的力量,人們根據(jù)這個道理,用它來保持方向,制造出來的東西就叫做陀螺儀,然后再用多種方法讀取軸所指示的方向,并自動將數(shù)據(jù)信號傳給控制系統(tǒng)。
當(dāng)陀螺儀應(yīng)用到車載導(dǎo)航上它的作用體現(xiàn)在:陀螺儀在上立交橋時更靈敏準(zhǔn)確的識別,民用GPS的精度是無法識別上沒上立交橋的,而陀螺儀卻可測出車子是否向上移動了,從而能讓導(dǎo)航軟件及時的修改導(dǎo)航路線。依靠GPS衛(wèi)星的信號導(dǎo)航和陀螺儀的慣性導(dǎo)航,有效提高了導(dǎo)航精確度,即使在失去GPS信號后,系統(tǒng)仍能通過自主推算來繼續(xù)導(dǎo)航,為車主提供準(zhǔn)確的行駛指示。且而陀螺儀能夠在方向和速度改變的瞬間即時測出,從而能讓導(dǎo)航軟件及時的修改導(dǎo)航路線。機(jī)械式陀螺儀利用旋轉(zhuǎn)物體的穩(wěn)定性原理,通過檢測陀螺儀殼體的轉(zhuǎn)動角速度來確定方向。
靜電陀螺儀又稱電浮陀螺。在金屬球形空心轉(zhuǎn)子的周圍裝有均勻分布的高壓電極,對轉(zhuǎn)子形成靜電場,用靜電力支承高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。這種方式屬于球形支承,轉(zhuǎn)子不只能繞自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn),同時也能繞垂直于自轉(zhuǎn)軸的任何方向轉(zhuǎn)動,故屬自由轉(zhuǎn)子陀螺儀類型。靜電場只有吸力,轉(zhuǎn)子離電極越近吸力就越大,這就使轉(zhuǎn)子處于不穩(wěn)定狀態(tài)。用一套支承電路改變轉(zhuǎn)子所受的力,可使轉(zhuǎn)子保持在中心位置。靜電陀螺儀采用非接觸支承,不存在摩擦,所以精度很高,漂移率低達(dá)10~10度/時。它不能承受較大的沖擊和振動。它的缺點是結(jié)構(gòu)和制造工藝復(fù)雜,成本較高。船舶導(dǎo)航系統(tǒng)中,陀螺儀可提供精確的方向信息,幫助船舶避開暗礁和淺灘。上海高動態(tài)航姿儀
陀螺儀可以實現(xiàn)自動駕駛和無人駕駛技術(shù),提供準(zhǔn)確的定位和導(dǎo)航功能。船用慣導(dǎo)使用方法
陀螺儀作為慣性技術(shù)體系的重要一環(huán),是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的主要傳感器,其技術(shù)的更迭前進(jìn)與慣性技術(shù)的發(fā)展需求密不可分。轉(zhuǎn)子陀螺儀拉開了陀螺儀工程化應(yīng)用的序幕;光學(xué)陀螺儀具有里程碑的意義,在捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的成功應(yīng)用,大幅改善了陀螺儀精度與穩(wěn)定性、體積之間的矛盾;振動陀螺儀和原子陀螺儀等新型陀螺儀,在現(xiàn)階段展示出了巨大潛力,正處于高速發(fā)展?fàn)顟B(tài)。陀螺儀技術(shù)對國家綜合定位、導(dǎo)航、授時體系的建設(shè)有著重要意義,未來將不斷向著高精度、高可靠性和小型化、低成本兩大方向邁進(jìn),對陀螺儀技術(shù)的持續(xù)探索研究,仍將是國內(nèi)外廣大科技工作者密切關(guān)注的焦點。船用慣導(dǎo)使用方法