單自由度陀螺儀給陀螺增加了一個自由度,共有兩個自由度。單自由度陀螺儀模型如圖3所示,x、y、z分別為陀螺儀的三個周,x方向沒有自由度。轉子飛速轉動的動量H沿z軸方向。當基座繞z軸轉動或y軸轉動時,由于內框架具有隔離運動作用,轉子不會隨著基座的轉動而轉動。當基座繞x軸轉動時,內框架軸有一對力F作用在內框架軸的兩端,形成力矩M_x,方向沿x軸方向。由于陀螺儀沒有該方向的轉動自由度,力矩M_x使陀螺儀繞內框架進動,沿y軸方向。總之,單自由度陀螺儀可敏感缺少自由度方向的角速度。陀螺儀可以用于火箭和導彈的制導系統,提供準確的導航和定位功能。上海航姿儀價格
陀螺儀在照相/攝相領域的應用,當我們拍視頻或拍照時,有沒有相過,通過一種裝置,保證你的“相機”固定在同一位置,無論你的手怎么歪斜,身體怎么抖,他都能保持手機的相對穩定。穩拍器的整體大致框架如下圖所示,其中橘黃色部分就是加速度和陀螺儀傳感器工作部分。它將“攝像設備”的姿態反饋給中心MCU處理單元,中間MCU單元根據檢測到的“攝像設備”的姿態和運動情況,去控制電機做相應的動作,電機動作使“攝像設備”保持穩雷打不動的狀態,這樣拍出來的照片才更清楚,錄制的錄像才更穩定。上海航姿儀價格陀螺儀可以用于智能手機和游戲設備的姿態感應和運動控制,提供更好的用戶體驗。
陀螺儀的分類:按照原理,可以分為機電式陀螺儀(以經典力學為基礎)、光電類陀螺儀(以近代物理學效應為基礎),機電式陀螺儀(以經典力學為基礎):轉子式陀螺儀:滾珠軸承支撐陀螺、液浮陀螺、氣浮陀螺、靜電陀螺等;新型振動陀螺儀:音叉陀螺、半球諧振陀螺、微機電陀螺(MEMS)等;光電類陀螺儀(以光學Sagnac效應測量運載體旋轉運動為基礎);激光陀螺、光纖陀螺、原子干涉陀螺、集成光學陀螺等;機電式:高速旋轉的機械轉子,高速轉子容易產生質量不平衡,容易受到加速度的影響;啟動時間較長,且需要一定的預熱時間;MEMS陀螺儀是利用 coriolis 定理,將旋轉物體的角速度轉換成與角速度成正比的直流電壓信號。
在系統方面,陀螺儀的信號調節電路可簡化為電機驅動部分和加速傳感器感應電路兩部分(圖2): - 電機驅動部分通過靜電激勵方法,使驅動電路前后振蕩,為機械元件提供勵磁;感應部分通過測量電容變化來測量科里奧利力在感應質點上產生的位移,這是一個穩健、可靠的技術,被成功地用于ST的MEMS產品線,能夠提供強度與施加在傳感器上的角速率成正比的模擬或數字信號。 在控制電路內部有先進的電源關斷功能,當不需要傳感器功能時,可關閉整個傳感器,或讓其進入深度睡眠模式,以大幅降低陀螺儀的總功耗,當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。陀螺儀可以用于運動追蹤和姿態識別,如體育訓練、虛擬現實等領域。
陀螺儀的發展歷程:機械式 → 小型芯片狀。1850年,法國物理學家,萊昂·傅科,發現高速轉動中的轉子由于慣性作用,其旋轉軸永遠指向固定方向,故用希臘字gyro(旋轉)和skopein(看)來命名這種設備,即陀螺儀(gyro scope),并利用陀螺儀驗證了地球的自轉運動。1908年,德國科學家,赫爾曼·安許茨·肯普費,設計一種單轉子擺式陀螺,該系統可以憑借重力力矩自動尋找方向,解決了艦船導航的問題。二戰期間,德國,利用陀螺儀,為V-2火箭裝備了慣性制導系統,實現陀螺儀技術在導彈制導領域的初次應用。使用陀螺儀確定方向和角速度,使用加速度計計算加速度,計算得出飛彈飛行的距離與路線,同時控制飛行姿態,以爭取讓飛彈落到想去的地方隨著MEMS技術的成熟,微型陀螺儀逐漸成為市場主流,應用于各種消費電子產品。浙江高精度陀螺儀
現代陀螺儀采用微電子技術,實現小型化、集成化和智能化,提高系統性能。上海航姿儀價格
一個接近真實MEMS陀螺儀的結構如下圖所示。外側的藍色與黃色部分別為驅動電極,它們通過施加交變電壓來驅動內部的紅色質量塊及紅色測量電極沿著特定方向做往返運動。紅色質量塊通過具有彈簧性質的綠色長條結構與基底相連,而紅色的短柵與內側藍色的短柵則構成了電容的極板。當基底發生旋轉時,質量塊在科里奧利力的作用下會產生垂直方向的運動。這種運動的幅值與施加的角速度成正比。通過測量質量塊上的紅色電極與固定在底座上的藍色電極之間的電容變化,我們就可以得到角速度的大小。上海航姿儀價格