一、陀螺儀是啥意思

陀螺儀很多朋友可能感覺陌生，但其實大家的手機里就有陀螺儀，主(zhu)要作(zuo)為傳(chuan)感(gan)器使用(yong)，那么(me)陀螺儀是什么(me)意思呢？

陀螺儀(yi)又叫角速(su)度(du)傳(chuan)感器，是(shi)不同于(yu)加速(su)度(du)計的，它(ta)的測量物理量是(shi)偏轉、傾(qing)斜時的轉動角速(su)度(du)。陀螺儀(yi)是(shi)一(yi)種用來傳(chuan)感與(yu)維持方向的裝(zhuang)置，基(ji)于(yu)角動量守恒的理論設計出(chu)來的，主要是(shi)由(you)一(yi)個位于(yu)軸(zhou)心且(qie)可旋轉的轉子構成。

陀螺儀(yi)在(zai)發明(ming)之(zhi)初是(shi)機械(xie)式的體積比較大，里面真有(you)高速(su)旋轉的陀螺，隨著技術的發展，現(xian)在(zai)的陀螺儀(yi)已經(jing)變成一塊小(xiao)小(xiao)的芯片了，能(neng)檢測和感應(ying)3D空間(jian)的線性和動作(zuo)，從而(er)能(neng)夠辨認方(fang)向，確定姿(zi)態，計算角速(su)度。

二、陀螺儀有哪幾種類型

陀(tuo)螺儀(yi)的種類眾多，不同(tong)種類應(ying)用有(you)所不同(tong)，利用陀(tuo)螺儀(yi)的動力(li)學(xue)特性制成的各種儀(yi)表或裝置，主(zhu)要有(you)以下(xia)幾種：

1、陀螺方向儀

能給(gei)(gei)(gei)出(chu)飛(fei)行(xing)物(wu)體轉(zhuan)(zhuan)彎(wan)角(jiao)度和航(hang)向(xiang)指示的(de)(de)(de)陀(tuo)螺裝(zhuang)置。它是三自(zi)由(you)度均衡陀(tuo)螺儀(yi)(yi)，其底座固連(lian)在(zai)飛(fei)機(ji)上，轉(zhuan)(zhuan)子(zi)軸提供慣性空間的(de)(de)(de)給(gei)(gei)(gei)定方(fang)向(xiang)。若開始(shi)時(shi)(shi)(shi)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)軸水平放置并(bing)指向(xiang)儀(yi)(yi)表的(de)(de)(de)零方(fang)位，則當飛(fei)機(ji)繞鉛直軸轉(zhuan)(zhuan)彎(wan)時(shi)(shi)(shi)，儀(yi)(yi)表就(jiu)相對轉(zhuan)(zhuan)子(zi)軸轉(zhuan)(zhuan)動(dong)，從而能給(gei)(gei)(gei)出(chu)轉(zhuan)(zhuan)彎(wan)的(de)(de)(de)角(jiao)度和航(hang)向(xiang)的(de)(de)(de)指示。由(you)于摩(mo)擦及其他干(gan)擾，轉(zhuan)(zhuan)子(zi)軸會逐(zhu)漸偏離原始(shi)方(fang)向(xiang)，因此每(mei)隔一段(duan)時(shi)(shi)(shi)間（如15分鐘(zhong)）須對照精密羅盤作一次人工調(diao)整。

2、陀螺羅盤

供航(hang)行和飛行物體作方(fang)向基(ji)準用的(de)(de)尋找并跟蹤地理(li)子午(wu)面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)三(san)自由度陀螺儀。其(qi)(qi)外環(huan)軸(zhou)鉛直(zhi)，轉子軸(zhou)水平(ping)置于子午(wu)面(mian)(mian)(mian)(mian)內，正(zheng)端(duan)指北；其(qi)(qi)重心沿鉛垂軸(zhou)向下或向上(shang)偏離(li)支承中(zhong)心。轉子軸(zhou)偏離(li)子午(wu)面(mian)(mian)(mian)(mian)時(shi)同(tong)時(shi)偏離(li)水平(ping)面(mian)(mian)(mian)(mian)而產生重力(li)矩使陀螺旋(xuan)進到子午(wu)面(mian)(mian)(mian)(mian)，這種(zhong)利用重力(li)矩的(de)(de)陀螺羅(luo)盤(pan)稱擺(bai)式羅(luo)盤(pan)。21世(shi)紀發(fa)展為利用自動(dong)控制系統代替重力(li)擺(bai)的(de)(de)電控陀螺羅(luo)盤(pan)，并制造(zao)出能同(tong)時(shi)指示水平(ping)面(mian)(mian)(mian)(mian)和子午(wu)面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)平(ping)臺羅(luo)盤(pan)。

3、陀螺垂直儀

利用(yong)擺式(shi)(shi)敏感元件(jian)對三(san)自由度陀(tuo)(tuo)(tuo)螺(luo)儀施加修正力矩(ju)(ju)(ju)以(yi)指示(shi)地(di)垂線的儀表，又(you)稱陀(tuo)(tuo)(tuo)螺(luo)水平(ping)儀。陀(tuo)(tuo)(tuo)螺(luo)儀的殼體(ti)利用(yong)隨動系(xi)統跟蹤轉(zhuan)子(zi)軸位置(zhi)，當轉(zhuan)子(zi)軸偏離地(di)垂線時，固定在殼體(ti)上的擺式(shi)(shi)敏感元件(jian)輸出(chu)信號(hao)使力矩(ju)(ju)(ju)器產生修正力矩(ju)(ju)(ju)，轉(zhuan)子(zi)軸在力矩(ju)(ju)(ju)作用(yong)下旋進回到地(di)垂線位置(zhi)。陀(tuo)(tuo)(tuo)螺(luo)垂直儀是除陀(tuo)(tuo)(tuo)螺(luo)擺以(yi)外(wai)應用(yong)于航(hang)空和航(hang)海導航(hang)系(xi)統的又(you)一種地(di)垂線指示(shi)或量測儀表。

4、陀螺穩定器

穩定(ding)船(chuan)體的陀(tuo)(tuo)螺(luo)裝置。當船(chuan)體側搖(yao)時，陀(tuo)(tuo)螺(luo)力(li)矩(ju)迫使框架(jia)(jia)攜帶(dai)轉(zhuan)子(zi)一起相對(dui)于船(chuan)體旋(xuan)進。這(zhe)種搖(yao)擺(bai)式旋(xuan)進引起另一個陀(tuo)(tuo)螺(luo)力(li)矩(ju)，對(dui)船(chuan)體產(chan)生穩定(ding)作用(yong)。一旦船(chuan)體側傾，小陀(tuo)(tuo)螺(luo)沿其鉛直(zhi)軸旋(xuan)進，從(cong)而使主陀(tuo)(tuo)螺(luo)儀(yi)框架(jia)(jia)軸上的控制馬達及時開動，在該(gai)軸上施加與原陀(tuo)(tuo)螺(luo)力(li)矩(ju)方向相同(tong)的主動力(li)矩(ju)，借以加強框架(jia)(jia)的旋(xuan)進和由此旋(xuan)進產(chan)生的對(dui)船(chuan)體的穩定(ding)作用(yong)。

5、速率陀螺儀

用以(yi)直接測(ce)(ce)定運載(zai)器(qi)(qi)角速(su)率(lv)(lv)的(de)二自由度陀(tuo)(tuo)(tuo)螺(luo)裝(zhuang)置。把(ba)均衡陀(tuo)(tuo)(tuo)螺(luo)儀(yi)的(de)外(wai)環(huan)固定在(zai)運載(zai)器(qi)(qi)上并令(ling)內(nei)環(huan)軸(zhou)(zhou)垂直于(yu)要測(ce)(ce)量(liang)角速(su)率(lv)(lv)的(de)軸(zhou)(zhou)。當(dang)運載(zai)器(qi)(qi)連(lian)同(tong)外(wai)環(huan)以(yi)角速(su)度繞測(ce)(ce)量(liang)軸(zhou)(zhou)旋(xuan)進(jin)(jin)時，陀(tuo)(tuo)(tuo)螺(luo)力矩將迫使內(nei)環(huan)連(lian)同(tong)轉子一起相對運載(zai)器(qi)(qi)旋(xuan)進(jin)(jin)。陀(tuo)(tuo)(tuo)螺(luo)儀(yi)中(zhong)有彈(dan)簧(huang)限制這個相對旋(xuan)進(jin)(jin)，而內(nei)環(huan)的(de)旋(xuan)進(jin)(jin)角正比(bi)于(yu)彈(dan)簧(huang)的(de)變(bian)形(xing)量(liang)。由平衡時的(de)內(nei)環(huan)旋(xuan)進(jin)(jin)角即(ji)可求得陀(tuo)(tuo)(tuo)螺(luo)力矩和運載(zai)器(qi)(qi)的(de)角速(su)率(lv)(lv)。積(ji)(ji)分(fen)陀(tuo)(tuo)(tuo)螺(luo)儀(yi)與速(su)率(lv)(lv)陀(tuo)(tuo)(tuo)螺(luo)儀(yi)的(de)不(bu)同(tong)處只在(zai)于(yu)用線(xian)性阻(zu)尼器(qi)(qi)代替彈(dan)簧(huang)約束(shu)。當(dang)運載(zai)器(qi)(qi)作任(ren)意變(bian)速(su)轉動(dong)時，積(ji)(ji)分(fen)陀(tuo)(tuo)(tuo)螺(luo)儀(yi)的(de)輸(shu)出量(liang)是繞測(ce)(ce)量(liang)軸(zhou)(zhou)的(de)轉角（即(ji)角速(su)度的(de)積(ji)(ji)分(fen)）。以(yi)上兩種陀(tuo)(tuo)(tuo)螺(luo)儀(yi)在(zai)遠距離(li)測(ce)(ce)量(liang)系統或自動(dong)控制、慣性導(dao)航平臺(tai)中(zhong)使用較多。

6、陀螺穩定平臺

以陀(tuo)螺(luo)儀為(wei)(wei)核心元件，使(shi)被穩(wen)(wen)(wen)定(ding)對象相(xiang)對慣(guan)性空(kong)(kong)間的(de)(de)給定(ding)姿態保(bao)(bao)持穩(wen)(wen)(wen)定(ding)的(de)(de)裝置(zhi)。穩(wen)(wen)(wen)定(ding)平臺(tai)(tai)(tai)通常利用由外環和(he)內環構成制平臺(tai)(tai)(tai)框架(jia)軸(zhou)上的(de)(de)力(li)(li)(li)(li)矩器(qi)(qi)以產(chan)生力(li)(li)(li)(li)矩與干擾力(li)(li)(li)(li)矩平衡使(shi)陀(tuo)螺(luo)儀停(ting)止(zhi)旋進的(de)(de)穩(wen)(wen)(wen)定(ding)平臺(tai)(tai)(tai)稱為(wei)(wei)動(dong)力(li)(li)(li)(li)陀(tuo)螺(luo)穩(wen)(wen)(wen)定(ding)器(qi)(qi)。陀(tuo)螺(luo)穩(wen)(wen)(wen)定(ding)平臺(tai)(tai)(tai)根(gen)據(ju)對象能保(bao)(bao)持穩(wen)(wen)(wen)定(ding)的(de)(de)轉軸(zhou)數目分為(wei)(wei)單軸(zhou)、雙軸(zhou)和(he)三軸(zhou)陀(tuo)螺(luo)穩(wen)(wen)(wen)定(ding)平臺(tai)(tai)(tai)。陀(tuo)螺(luo)穩(wen)(wen)(wen)定(ding)平臺(tai)(tai)(tai)可用來穩(wen)(wen)(wen)定(ding)那些需要精確定(ding)向(xiang)的(de)(de)儀表和(he)設備(bei)，如測量儀器(qi)(qi)、天線等，并已廣泛用于航空(kong)(kong)和(he)航海的(de)(de)導航系(xi)統及火控、雷達的(de)(de)萬向(xiang)支架(jia)支承。根(gen)據(ju)不(bu)同原理方(fang)案使(shi)用各種類型陀(tuo)螺(luo)儀為(wei)(wei)元件。其中利用陀(tuo)螺(luo)旋進產(chan)生的(de)(de)陀(tuo)螺(luo)力(li)(li)(li)(li)矩抵抗干擾力(li)(li)(li)(li)矩，然后輸出(chu)信號(hao)控、照相(xiang)系(xi)統。

7、陀螺儀傳感器

陀螺儀傳感器是(shi)一個簡單易用的(de)基于(yu)自由空間(jian)移動(dong)(dong)和手(shou)(shou)勢的(de)定位和控制系統。在假象的(de)平面上(shang)(shang)揮(hui)動(dong)(dong)鼠標，屏幕上(shang)(shang)的(de)光(guang)標就會跟著(zhu)(zhu)移動(dong)(dong)，并可以繞(rao)著(zhu)(zhu)鏈接畫圈和點擊按鍵。當(dang)你(ni)正(zheng)在演講或(huo)離開桌子時，這些(xie)操(cao)作(zuo)都能夠(gou)很方便地實現。陀螺儀傳感器原(yuan)本是(shi)運用到(dao)直(zhi)升(sheng)機模(mo)型(xing)上(shang)(shang)的(de)，現在已經被廣(guang)泛運用于(yu)手(shou)(shou)機這類移動(dong)(dong)便攜(xie)設備(bei)上(shang)(shang)。

8、光纖陀螺儀

光(guang)(guang)纖陀螺儀是(shi)以光(guang)(guang)導(dao)纖維線(xian)圈為基(ji)礎的(de)(de)敏(min)感(gan)(gan)元(yuan)件， 由激光(guang)(guang)二極(ji)管發射(she)出(chu)的(de)(de)光(guang)(guang)線(xian)朝兩個方(fang)向沿(yan)光(guang)(guang)導(dao)纖維傳(chuan)播。光(guang)(guang)傳(chuan)播路徑(jing)的(de)(de)變(bian)化，決(jue)定了(le)敏(min)感(gan)(gan)元(yuan)件的(de)(de)角位移。光(guang)(guang)纖陀螺儀與傳(chuan)統的(de)(de)機械陀螺儀相比(bi)(bi)，優(you)點是(shi)全固(gu)態，沒(mei)有旋(xuan)轉(zhuan)部件和摩擦部件，壽命長(chang)，動(dong)態范(fan)圍大，瞬時啟動(dong)，結(jie)構(gou)簡(jian)單，尺寸小，重量輕。與激光(guang)(guang)陀螺儀相比(bi)(bi)，光(guang)(guang)纖陀螺儀沒(mei)有閉鎖問題，也不用(yong)在石英塊精密加工出(chu)光(guang)(guang)路，成本低。

9、激光陀螺儀

激光(guang)(guang)(guang)陀螺(luo)儀的原理(li)是利用光(guang)(guang)(guang)程差來(lai)測(ce)(ce)量(liang)旋(xuan)轉(zhuan)角速度。在閉(bi)合(he)光(guang)(guang)(guang)路中(zhong)，由(you)同一光(guang)(guang)(guang)源發出(chu)的沿順(shun)時針方向和反時針方向傳輸的兩束光(guang)(guang)(guang)和光(guang)(guang)(guang)干(gan)涉，利用檢測(ce)(ce)相位差或干(gan)涉條(tiao)紋的變(bian)化，就可以測(ce)(ce)出(chu)閉(bi)合(he)光(guang)(guang)(guang)路旋(xuan)轉(zhuan)角速度。

10、MEMS陀螺儀

基于MEMS的(de)(de)陀螺儀價格相比(bi)光纖或者激光陀螺便宜很多，但使用(yong)(yong)(yong)精度非常(chang)低(di)，需(xu)要使用(yong)(yong)(yong)參考(kao)傳感器進行(xing)補(bu)償，以提高使用(yong)(yong)(yong)精度。基于MEMS 技術的(de)(de)陀螺因其成(cheng)本低(di)，能批量生產，已經能夠廣泛(fan)應用(yong)(yong)(yong)于汽車牽引(yin)控制(zhi)系統、醫用(yong)(yong)(yong)設備、軍事(shi)設備等(deng)低(di)成(cheng)本需(xu)求應用(yong)(yong)(yong)中。