概述
速率陀螺儀，用以直接測定運載器角速率的二自由度陀螺裝置。把均衡陀螺儀的外環固定在運載器上並令內環軸垂 直於要測量角速率的軸。當運載器連同外環以角速度繞測量軸旋進時，陀螺力矩將迫使內環連同轉子一起相對運載器旋進。陀螺儀中有彈簧限制這個相對旋進，而內環的旋進角正比於彈簧的變形量。由平衡時的內環旋進角即可求得陀螺力矩和運載器的角速率。積分陀螺儀與速率陀螺儀的不同處只在於用線性阻尼器代替彈簧約束。當運載器作任意變速轉動時，積分陀螺儀的輸出量是繞測量軸的轉角（即角速度的積分）。以上兩種陀螺儀在遠距離測量系統或自動控制、慣性導航平台中使用較多 。
特性
具體地說，陀螺具有兩大特性，即定軸性和進動性。定軸性就是當陀螺不受外力矩作用時，陀螺旋轉軸相對於慣性空間保持方向不變；進動性就是當陀螺受到外力矩作用時，陀螺旋轉軸將沿最短的途徑趨向於外力矩矢量，進動角速度正比於外力矩大小。這種進動特性當輸入和輸出量對換時也是成立的，即當陀螺存在一個進動角速度輸入時，陀螺將產生一個力矩輸出。
目前利用陀螺的進動性和定軸性設計的敏感器主要有二自由度陀螺和三自由度陀螺兩種。
工作原理
用以直接測定運載器角速率的二自由度陀螺裝置。把均衡陀螺儀的外環固定在運載器上並令內環軸垂 直於要測量角速率的軸。當運載器連同外環以角速度繞測量軸旋進時，陀螺力矩將迫使內環連同轉子一起相對運載器旋進。陀螺儀中有彈簧限制這個相對旋進，而內環的旋進角正比於彈簧的變形量。由平衡時的內環旋進角即可求得陀螺力矩和運載器的角速率。積分陀螺儀與速率陀螺儀的不同處只在於用線性阻尼器代替彈簧約束。當運載器作任意變速轉動時，積分陀螺儀的輸出量是繞測量軸的轉角(即角速度的積分)。以上兩種陀螺儀在遠距離測量系統或自動控制、慣性導航平台中使用較多。
分類
速率陀螺儀的類型很多，最常用的有三類。
①扭桿式速率陀螺儀：當飛行器繞速率陀螺儀的輸入軸有角速度時，開始瞬間速率陀螺儀的殼體迫使轉子跟著轉動，相當於沿輸入軸施加一個外力矩。依據陀螺儀的進動性原理（見陀螺儀），沿速率陀螺儀的輸出軸會產生陀螺力矩使轉子繞輸出軸進動,引起扭桿扭轉,沿輸出軸遂產生一個外加的彈性力矩。同理，在彈性力矩作用下，轉子又將繞輸入軸產生進動，當其進動角速度與飛行器角速度相等時，殼體不再向轉子施加力矩，因而轉子不再繞輸出軸進動，扭桿也不再繼續扭轉。轉子繞輸入軸進動角速度的大小與外加力矩（這裡指彈性力矩）成正比。這時進動角速度與飛行器角速度相等，因而彈性力矩與飛行器角速度成正比。而彈性力矩與扭桿的轉角成比例，所以轉子繞輸出軸的轉角（即角度感測器輸出的信號）與飛行器的角速度成正比。阻尼器用來抑制轉動過程中的振盪。扭桿式速率陀螺儀因結構簡單而廣泛用於飛行器姿態控制；它的缺點是存在輸出時轉子會偏離零位，使輸出產生交叉耦合誤差。輸入角速度越大，這個誤差越大，因而精度不太高。
②反饋式速率陀螺儀：為了彌補扭桿式速率陀螺儀的缺點，可將角度感測元件的輸出信號經放大後反饋到輸出軸上的力矩器中構成迴路,以電彈簧代替扭桿,只要迴路的增益足夠大就能使轉子始終保持在零位附近。流入力矩器的電流正比於輸入角速度，可作為儀表的輸出。
③積分陀螺儀：去掉速率陀螺儀的扭桿(或彈簧)而僅保留阻尼器則成為積分陀螺儀。當飛行器繞積分陀螺儀輸入軸有角速度時，一開始的狀況與速率陀螺儀相同，轉子繞輸出軸進動。阻尼器產生的阻尼力矩又引起轉子繞輸入軸進動。由於阻尼力矩與角速度成比例，轉子繼續繞輸出軸轉動（無扭桿約束），其轉速與飛行器的角速度成正比，因而輸出軸上的角度感測器輸出與飛行器轉角成正比的信號。由於輸入是角速度而輸出是角度信號，故稱為積分陀螺儀。它在慣性導航中得到廣泛套用。
④光纖陀螺儀：主要有干涉型，諧振型和受激布里淵散射型，都是基於Sagnac效應的，即，當一環形光路在慣性空間繞垂直於光路平面的軸轉動時，光路內相向傳播的兩列光將因慣性運動而產生光程差，從而導致兩束相干光波的干涉。光程差對應的位相差與旋轉角速率之間有一定的內在聯繫，通過對干涉光強信號的檢測和解調，即可確定旋轉角速率。
結構
1．二自由度陀螺
若轉子被迫以某個角速度繞輸入軸轉動，則繞輸出軸(框架)就會出現一個力矩。同時在輸出軸也裝有一個平衡彈簧，從而這個力矩使輸出軸轉動一個角度，這個輸出角度正比於這個力矩，也就是正比於輸入軸的角速度。
作為姿態敏感器來說，二自由度陀螺有速率陀螺和速率積分陀螺兩個基本類型。它們都是根據陀螺進動性原理工作的。速率積分陀螺是把速率陀螺的輸出量再進行一次積分，這種功能除了可由速率積分陀螺裝置完成以外，也可以由星載計算機完成。速率積分陀螺用來直接測量太空飛行器的角位置。速率陀螺測量太空飛行器的角速度，通常是進行自旋速率控制或作為姿態穩定系統的一個速率反饋敏感器 。
2．三自由度陀螺
三自由度陀螺利用定軸性工作，用來測量姿態角，通常也稱它為位置陀螺。位置陀螺測量姿態角的原理如下：
在陀螺儀的內環和外環都安裝了感測器。感測器由定子和轉子組成，當定子和轉子均在零位時輸出為零，輸出信號和極性與定子和轉子之間的角度成比例關係。安裝在內環上的感測器的轉子與內環固聯，定子與外環固聯。安裝在外環上的感測器轉子與外環固聯，而其定子與殼體固聯。當太空飛行器姿態發生變化時，由於陀螺轉軸具有定軸性，因此內、外環均要發生相應的轉動以保持陀螺轉軸相對於慣性空間不變。此時內、外環上的感測器就輸出內、外環轉動的角度，表征了太空飛行器姿態變化的角度。
影響陀螺技術性能指標的一個重要因素是陀螺漂移，也就是說陀螺自旋軸在慣性空間的方向不是絕對不變的，在干擾力矩作用下會產生變化，這種現象稱為漂移，以單位小時產生漂移度數來表示。對於太空飛行器套用的陀螺，通常需要對其漂移進行估計和補償修正。
太空飛行器套用的陀螺具有如下特點：①長壽命——太空飛行器上使用的陀螺，其壽命最短也有幾天，最長達幾年，而飛彈上使用的陀螺只工作幾分鐘或幾十分鐘；②低功耗——由於太空飛行器工作時間長而且質量限制很大，所以要求太空飛行器上的設備都具有低功耗；③高可靠性——由於陀螺是一個高速旋轉體，要求長期工作，因此須保證其高可靠性；④低漂移。
最新發展
最新的MEMS陀螺儀--HTG系列陀螺儀是用來測量角速率的固態感測器, 採用MEMS晶片，製造採用BIMOS生產工藝和載流焊工藝技術。HTG系列MEMS陀螺儀具有高可靠性和高封裝堅固性;可用於慣性測量元件、高可靠性的汽車電子、飛彈制導和控制、飛行器穩定控制、天線穩定、攝像、數碼攝影、機器人等系統。具有休眠模式,休眠模式下消耗電流小於10uA。
