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陀螺儀傳感器怎么分類,陀螺儀傳感器的6種分類模式

發表時間:2022-02-26 18:21【 閱讀量:-查看手機網址
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  按轉子轉動的自由度分為二自由度陀螺儀(也叫三自由度陀螺儀)和一自由度陀螺儀(也叫二自由度陀螺儀)。前者用于確定飛行器的姿態角,后者用于確定姿態角速度,所以常被稱為單自由度陀螺儀。


  但是,通常根據陀螺儀傳感器使用的支撐方法進行分類:


  1.無球陀螺儀


  這是一款經典陀螺儀。球軸承支撐是最早也是應用最廣泛的支撐方式。軸承是直接接觸的,所以摩擦力矩大,陀螺儀精度不高,漂移率每小時幾度,但工作可靠,在精度要求不高的場合還是不用。


  自由轉子陀螺儀(二自由度陀螺儀)可以通過內外環軸的角度敏感元件測量兩個姿態角。


  2.液體浮動陀螺儀


  它也被稱為浮頂。內框架(內環)和轉子形成一個密封的球形或圓柱形浮子組件。轉子在浮子組件內高速旋轉,浮子組件和殼體內充滿浮子,產生所需的浮力和阻尼。浮力等于浮子組件重量的稱為全浮頂;浮力小于浮子組件重量的浮頂稱為半浮頂。


  因為浮力支撐,摩擦力矩減小,陀螺儀精度高,但是因為無法定位,還是有摩擦力。為了彌補這一缺點,通常在液體懸浮的基礎上增加磁懸浮,即漂浮的液體承受浮子組件的重量,磁場形成的推力使浮子組件懸浮在中心位置。


  現代高精度單自由度液浮陀螺儀通常是液浮、磁懸浮、動壓氣浮三浮陀螺儀。這種陀螺儀的精度高于滾珠軸承陀螺儀,漂移率為0.01度/小時。而液浮陀螺需要較高的加工精度、嚴格的裝配和精確的溫度控制,因此成本較高。


  3.靜電陀螺儀


  也叫電動浮頂。高壓電極均勻分布在金屬空心轉子周圍,在轉子上形成靜電場,通過靜電力支撐高速旋轉的轉子。這種方法屬于球面支撐,轉子不僅可以繞旋轉軸旋轉,還可以沿垂直于旋轉軸的任意方向旋轉,因此屬于自由轉子陀螺類型。


  只有靜電場吸力,轉子離電極越近,吸力越大,使轉子處于不穩定狀態。利用一套輔助電路來改變轉子上的力,可以使轉子保持在中心位置。靜電陀螺以非接觸方式支撐,沒有摩擦,精度非常高,漂移率很低,10-10度/小時。它不能承受大的沖擊和振動。其缺點是結構和制造工藝復雜,成本高。


  4.柔性陀螺儀


  帶有安裝在彈性支撐裝置上的轉子的陀螺儀。動力調諧撓性陀螺儀廣泛應用于撓性陀螺儀中。它由內軟桿、外軟桿、平衡環、轉子、傳動軸和電機組成。


  它依靠平衡環扭轉運動時產生的動態反扭矩(陀螺扭矩)來平衡柔性桿支架產生的彈性扭矩,使轉子成為無約束的自由轉子。這種平衡正在被調整。


  撓性陀螺是60年代迅速發展起來的慣性元件。由于其結構簡單、精度高(類似于液浮陀螺儀)、成本低,在飛機和導彈上得到了廣泛的應用。


  5.激光陀螺儀


  其結構原理與上述陀螺儀完全不同。激光陀螺其實就是一個環形激光器。用激光技術代替高速旋轉的機械轉子來測量物體相對于慣性空間的角速度,具有速率陀螺的功能。


  激光陀螺的結構和工作原理如下:三角腔由熱膨脹系數小的材料制成。在腔的每個頂點安裝三個反射鏡,形成一個閉合的光路。空腔被抽空,充入氦和氖,并配備電極以形成激光發生器。


  激光發生器產生兩個方向相反的激光束。當環形激光器靜止時,兩個激光器具有相同的光路,因此具有相同的頻率。兩個頻率之差(頻差)為零,干涉條紋為零。


  環形激光器繞垂直于閉合光路平面的軸旋轉時,與旋轉方向一致的光的光路延長,波長增加,頻率降低。另一束光則相反,因此存在頻差,形成干涉條紋。


  單位時間內干涉條紋的數量與旋轉角速度成正比。激光陀螺的漂移率低至0.1~0.01度/小時,可靠性高,不受線加速度影響。它已應用于飛行器的慣性導航,是一種很有發展前景的新型陀螺儀。


  6.MEMS陀螺儀


  這是一款硅MEMS陀螺儀。大多數MEMS陀螺儀依靠相互正交的振動和旋轉產生的交變科里奧利力。MEMS(micro-electro-mechanical systems)是指集成了機械元件、微傳感器、微致動器、信號處理與控制電路、接口電路、通信和電源的完整的微機電系統。


  MEMS陀螺儀利用科里奧利定理將旋轉物體的角速度轉換成與角速度成正比的DC電壓信號。其核心部件通過摻雜技術、光刻技術、腐蝕技術、LIGA技術和封裝技術實現量產。

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