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，主要(yao)作為傳感器使用，那么(me)陀螺儀是什么(me)意思呢？

陀螺儀又叫角速度(du)傳(chuan)感器，是不同于(yu)加速度(du)計的(de)，它的(de)測量(liang)物理量(liang)是偏(pian)轉、傾斜時(shi)的(de)轉動角速度(du)。陀螺儀是一(yi)(yi)種用(yong)來傳(chuan)感與維持(chi)方向的(de)裝(zhuang)置，基于(yu)角動量(liang)守恒的(de)理論設計出來的(de)，主要是由(you)一(yi)(yi)個位于(yu)軸心(xin)且可旋轉的(de)轉子構成。

陀螺(luo)儀在發(fa)明之初是機械式的體積比較大，里(li)面真(zhen)有高(gao)速旋轉的陀螺(luo)，隨著技術(shu)的發(fa)展，現在的陀螺(luo)儀已經(jing)變成一塊小小的芯(xin)片了，能(neng)檢測(ce)和(he)(he)感應3D空間的線性和(he)(he)動作，從而能(neng)夠辨(bian)認方(fang)向，確定姿態(tai)，計算角速度(du)。

二、陀螺儀有哪幾種類型

陀螺(luo)(luo)儀(yi)(yi)的種(zhong)(zhong)類眾(zhong)多，不同種(zhong)(zhong)類應用有所不同，利用陀螺(luo)(luo)儀(yi)(yi)的動力學(xue)特性(xing)制(zhi)成的各種(zhong)(zhong)儀(yi)(yi)表(biao)或裝(zhuang)置，主要有以下(xia)幾(ji)種(zhong)(zhong)：

1、陀螺方向儀

能給出飛行物體轉(zhuan)彎(wan)角度(du)和航向(xiang)(xiang)指(zhi)示的(de)(de)陀螺(luo)裝置(zhi)(zhi)。它(ta)是三自(zi)由度(du)均衡陀螺(luo)儀(yi)(yi)，其底座固連在飛機上，轉(zhuan)子(zi)(zi)軸提(ti)供慣(guan)性空(kong)間的(de)(de)給定方向(xiang)(xiang)。若開始時轉(zhuan)子(zi)(zi)軸水平放置(zhi)(zhi)并指(zhi)向(xiang)(xiang)儀(yi)(yi)表(biao)的(de)(de)零(ling)方位，則當飛機繞鉛直軸轉(zhuan)彎(wan)時，儀(yi)(yi)表(biao)就(jiu)相對轉(zhuan)子(zi)(zi)軸轉(zhuan)動，從(cong)而能給出轉(zhuan)彎(wan)的(de)(de)角度(du)和航向(xiang)(xiang)的(de)(de)指(zhi)示。由于摩擦及其他干擾(rao)，轉(zhuan)子(zi)(zi)軸會逐漸偏(pian)離原始方向(xiang)(xiang)，因此(ci)每隔一段時間（如(ru)15分(fen)鐘）須對照精密羅盤作一次人工(gong)調整。

2、陀螺羅盤

供航行(xing)和(he)飛(fei)行(xing)物體作方向基(ji)準用的(de)尋找并(bing)跟蹤地理子(zi)(zi)午(wu)(wu)(wu)面(mian)的(de)三自由(you)度(du)陀(tuo)螺儀(yi)。其(qi)外環軸鉛直(zhi)，轉子(zi)(zi)軸水平(ping)(ping)置于子(zi)(zi)午(wu)(wu)(wu)面(mian)內，正端(duan)指(zhi)北；其(qi)重(zhong)心沿鉛垂軸向下(xia)或向上偏(pian)離(li)支承(cheng)中心。轉子(zi)(zi)軸偏(pian)離(li)子(zi)(zi)午(wu)(wu)(wu)面(mian)時(shi)(shi)同(tong)時(shi)(shi)偏(pian)離(li)水平(ping)(ping)面(mian)而產生(sheng)重(zhong)力矩使陀(tuo)螺旋(xuan)進到(dao)子(zi)(zi)午(wu)(wu)(wu)面(mian)，這種利用重(zhong)力矩的(de)陀(tuo)螺羅(luo)盤稱擺式羅(luo)盤。21世紀(ji)發展為(wei)利用自動控制(zhi)(zhi)系統代替重(zhong)力擺的(de)電控陀(tuo)螺羅(luo)盤，并(bing)制(zhi)(zhi)造出能(neng)同(tong)時(shi)(shi)指(zhi)示(shi)水平(ping)(ping)面(mian)和(he)子(zi)(zi)午(wu)(wu)(wu)面(mian)的(de)平(ping)(ping)臺(tai)羅(luo)盤。

3、陀螺垂直儀

利用擺式敏感元件(jian)(jian)對(dui)三自由(you)度陀(tuo)(tuo)螺(luo)(luo)儀(yi)(yi)施加修正力矩以指示地(di)(di)(di)垂(chui)線(xian)(xian)的(de)儀(yi)(yi)表(biao)，又稱陀(tuo)(tuo)螺(luo)(luo)水平儀(yi)(yi)。陀(tuo)(tuo)螺(luo)(luo)儀(yi)(yi)的(de)殼體利用隨動(dong)系統跟蹤轉(zhuan)子(zi)軸位置(zhi)，當(dang)轉(zhuan)子(zi)軸偏離地(di)(di)(di)垂(chui)線(xian)(xian)時(shi)，固定在殼體上(shang)的(de)擺式敏感元件(jian)(jian)輸出信號(hao)使力矩器產生(sheng)修正力矩，轉(zhuan)子(zi)軸在力矩作用下旋進回到地(di)(di)(di)垂(chui)線(xian)(xian)位置(zhi)。陀(tuo)(tuo)螺(luo)(luo)垂(chui)直儀(yi)(yi)是除陀(tuo)(tuo)螺(luo)(luo)擺以外應(ying)用于(yu)航(hang)空和航(hang)海導航(hang)系統的(de)又一種地(di)(di)(di)垂(chui)線(xian)(xian)指示或(huo)量測儀(yi)(yi)表(biao)。

4、陀螺穩定器

穩(wen)定(ding)船體(ti)的(de)陀(tuo)螺(luo)裝(zhuang)置。當船體(ti)側(ce)搖時(shi)，陀(tuo)螺(luo)力(li)矩迫(po)使框架攜(xie)帶轉子一起(qi)(qi)相(xiang)對(dui)于船體(ti)旋進。這種搖擺(bai)式旋進引(yin)起(qi)(qi)另一個陀(tuo)螺(luo)力(li)矩，對(dui)船體(ti)產生(sheng)穩(wen)定(ding)作(zuo)用。一旦船體(ti)側(ce)傾，小陀(tuo)螺(luo)沿其鉛直軸(zhou)旋進，從而(er)使主(zhu)陀(tuo)螺(luo)儀框架軸(zhou)上(shang)的(de)控制馬達及時(shi)開動(dong)(dong)，在該軸(zhou)上(shang)施加(jia)與原陀(tuo)螺(luo)力(li)矩方向(xiang)相(xiang)同的(de)主(zhu)動(dong)(dong)力(li)矩，借以(yi)加(jia)強框架的(de)旋進和由(you)此旋進產生(sheng)的(de)對(dui)船體(ti)的(de)穩(wen)定(ding)作(zuo)用。

5、速率陀螺儀

用(yong)以直(zhi)接測(ce)定運(yun)(yun)載(zai)(zai)器(qi)(qi)(qi)(qi)角(jiao)速(su)(su)率(lv)(lv)(lv)的(de)(de)二(er)自由(you)度(du)陀螺(luo)裝(zhuang)置。把均衡陀螺(luo)儀(yi)(yi)(yi)的(de)(de)外環(huan)固(gu)定在運(yun)(yun)載(zai)(zai)器(qi)(qi)(qi)(qi)上(shang)并令內(nei)(nei)環(huan)軸(zhou)垂直(zhi)于(yu)要測(ce)量(liang)角(jiao)速(su)(su)率(lv)(lv)(lv)的(de)(de)軸(zhou)。當(dang)運(yun)(yun)載(zai)(zai)器(qi)(qi)(qi)(qi)連同(tong)外環(huan)以角(jiao)速(su)(su)度(du)繞測(ce)量(liang)軸(zhou)旋(xuan)進(jin)(jin)(jin)時(shi)，陀螺(luo)力矩(ju)將迫使內(nei)(nei)環(huan)連同(tong)轉子一(yi)起相對運(yun)(yun)載(zai)(zai)器(qi)(qi)(qi)(qi)旋(xuan)進(jin)(jin)(jin)。陀螺(luo)儀(yi)(yi)(yi)中有彈簧(huang)限制這個相對旋(xuan)進(jin)(jin)(jin)，而內(nei)(nei)環(huan)的(de)(de)旋(xuan)進(jin)(jin)(jin)角(jiao)正比(bi)于(yu)彈簧(huang)的(de)(de)變形量(liang)。由(you)平(ping)衡時(shi)的(de)(de)內(nei)(nei)環(huan)旋(xuan)進(jin)(jin)(jin)角(jiao)即(ji)可(ke)求(qiu)得陀螺(luo)力矩(ju)和運(yun)(yun)載(zai)(zai)器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)角(jiao)速(su)(su)率(lv)(lv)(lv)。積(ji)分陀螺(luo)儀(yi)(yi)(yi)與速(su)(su)率(lv)(lv)(lv)陀螺(luo)儀(yi)(yi)(yi)的(de)(de)不同(tong)處(chu)只在于(yu)用(yong)線性阻尼(ni)器(qi)(qi)(qi)(qi)代替彈簧(huang)約(yue)束(shu)。當(dang)運(yun)(yun)載(zai)(zai)器(qi)(qi)(qi)(qi)作任意變速(su)(su)轉動(dong)時(shi)，積(ji)分陀螺(luo)儀(yi)(yi)(yi)的(de)(de)輸出量(liang)是繞測(ce)量(liang)軸(zhou)的(de)(de)轉角(jiao)（即(ji)角(jiao)速(su)(su)度(du)的(de)(de)積(ji)分）。以上(shang)兩種陀螺(luo)儀(yi)(yi)(yi)在遠距離(li)測(ce)量(liang)系統或自動(dong)控制、慣性導航平(ping)臺中使用(yong)較多。

6、陀螺穩定平臺

以陀(tuo)螺(luo)儀為(wei)(wei)核(he)心元件(jian)，使(shi)被穩(wen)定(ding)(ding)(ding)(ding)對象(xiang)相對慣性空(kong)間的(de)給定(ding)(ding)(ding)(ding)姿態保持(chi)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)(ding)的(de)裝置(zhi)。穩(wen)定(ding)(ding)(ding)(ding)平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)(tai)通常利用(yong)由外環(huan)和(he)內環(huan)構成(cheng)制平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)(tai)框架軸(zhou)上的(de)力(li)(li)矩器(qi)以產生力(li)(li)矩與干擾(rao)力(li)(li)矩平(ping)(ping)(ping)衡(heng)使(shi)陀(tuo)螺(luo)儀停止(zhi)旋進(jin)的(de)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)(ding)平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)(tai)稱為(wei)(wei)動力(li)(li)陀(tuo)螺(luo)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)(ding)器(qi)。陀(tuo)螺(luo)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)(ding)平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)(tai)根據對象(xiang)能(neng)保持(chi)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)(ding)的(de)轉(zhuan)軸(zhou)數(shu)目(mu)分為(wei)(wei)單軸(zhou)、雙(shuang)軸(zhou)和(he)三軸(zhou)陀(tuo)螺(luo)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)(ding)平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)(tai)。陀(tuo)螺(luo)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)(ding)平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)(tai)可用(yong)來穩(wen)定(ding)(ding)(ding)(ding)那些需要精確定(ding)(ding)(ding)(ding)向的(de)儀表和(he)設備，如(ru)測量儀器(qi)、天線等，并(bing)已(yi)廣泛用(yong)于航(hang)(hang)空(kong)和(he)航(hang)(hang)海的(de)導航(hang)(hang)系(xi)統及(ji)火控(kong)、雷(lei)達的(de)萬向支(zhi)架支(zhi)承。根據不同原理方案使(shi)用(yong)各種類型陀(tuo)螺(luo)儀為(wei)(wei)元件(jian)。其中利用(yong)陀(tuo)螺(luo)旋進(jin)產生的(de)陀(tuo)螺(luo)力(li)(li)矩抵(di)抗干擾(rao)力(li)(li)矩，然后輸出信號控(kong)、照相系(xi)統。

7、陀螺儀傳感器

陀螺儀傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)一(yi)個簡(jian)單易用(yong)的(de)基于自(zi)由空間移(yi)(yi)動(dong)和手(shou)勢的(de)定(ding)位和控制系統。在假象(xiang)的(de)平面(mian)上揮動(dong)鼠標，屏幕上的(de)光標就(jiu)會跟(gen)著(zhu)移(yi)(yi)動(dong)，并可以繞著(zhu)鏈接畫圈(quan)和點擊按鍵。當你正在演(yan)講(jiang)或(huo)離開(kai)桌子時，這(zhe)(zhe)些操作都能夠很方便地實現(xian)。陀螺儀傳(chuan)感(gan)器(qi)原本是(shi)運用(yong)到(dao)直升機模型(xing)上的(de)，現(xian)在已經(jing)被(bei)廣泛運用(yong)于手(shou)機這(zhe)(zhe)類移(yi)(yi)動(dong)便攜設備上。

8、光纖陀螺儀

光纖陀(tuo)螺(luo)儀(yi)(yi)是(shi)以光導纖維線圈(quan)為(wei)基礎(chu)的敏感元件(jian)， 由激(ji)光二(er)極管發射出(chu)(chu)的光線朝兩個方向沿光導纖維傳播。光傳播路(lu)徑的變化，決定了敏感元件(jian)的角(jiao)位移(yi)。光纖陀(tuo)螺(luo)儀(yi)(yi)與(yu)(yu)傳統(tong)的機械陀(tuo)螺(luo)儀(yi)(yi)相(xiang)比，優點是(shi)全固態(tai)，沒有旋(xuan)轉(zhuan)部件(jian)和摩(mo)擦部件(jian)，壽(shou)命(ming)長，動態(tai)范圍(wei)大，瞬(shun)時啟(qi)動，結構簡單，尺寸小，重量輕。與(yu)(yu)激(ji)光陀(tuo)螺(luo)儀(yi)(yi)相(xiang)比，光纖陀(tuo)螺(luo)儀(yi)(yi)沒有閉鎖問題，也(ye)不用在石英塊精密加工出(chu)(chu)光路(lu)，成本低。

9、激光陀螺儀

激光(guang)陀螺儀的原理(li)是利用光(guang)程(cheng)差(cha)來測量(liang)旋轉角速度(du)。在閉合光(guang)路(lu)中(zhong)，由同一光(guang)源發出的沿順時針方向和反時針方向傳輸的兩束(shu)光(guang)和光(guang)干涉，利用檢測相(xiang)位差(cha)或(huo)干涉條紋的變化(hua)，就可以測出閉合光(guang)路(lu)旋轉角速度(du)。

10、MEMS陀螺儀

基(ji)(ji)于(yu)MEMS的陀(tuo)(tuo)螺(luo)儀價(jia)格相比光纖或者激光陀(tuo)(tuo)螺(luo)便(bian)宜很多，但使用(yong)精(jing)度非常(chang)低(di)，需要使用(yong)參考傳感器進(jin)行(xing)補償(chang)，以提高(gao)使用(yong)精(jing)度。基(ji)(ji)于(yu)MEMS 技(ji)術的陀(tuo)(tuo)螺(luo)因其成本低(di)，能批量生產，已經能夠廣泛應(ying)用(yong)于(yu)汽車牽引控(kong)制系統、醫用(yong)設(she)備、軍(jun)事設(she)備等(deng)低(di)成本需求應(ying)用(yong)中。