速率陀螺儀

速率陀螺儀

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鏇進時,陀螺力矩將迫使內環連同轉子一起相對運載器鏇進。陀螺儀中有彈簧限制這個相對鏇進,而內環的鏇進角正比於彈簧的變形量。由平衡時的內環鏇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

測量物體角速度的陀螺儀表。20世紀20年代初,速率陀螺儀首先用作飛機的基本飛行儀表。

速率陀螺儀速率陀螺儀
繼而用來為防空火力控制瞄準器提供前置角數據。速率陀螺儀的用途很廣,它不僅用於飛行器、車輛、火炮控制等方面,在有關角度控制的伺服系統中也常常用它來改善系統的動態品質。在飛行器上,速率陀螺儀能為導航、制導系統提供角速度信號,而更多的是利用它輸出的角速度信號來改善自動駕駛儀的動態品質。

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鏇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,即可確定鏇轉角速率。

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鏇進時,陀螺力矩將迫使內環連同轉子一起相對運載器鏇進。陀螺儀中有彈簧限制這個相對鏇進,而內環的鏇進角正比於彈簧的變形量。由平衡時的內環鏇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。

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.

速率陀螺儀速率陀螺儀

相關搜尋

熱門詞條

聯絡我們