振动陀螺仪


振动陀螺仪

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振动陀螺仪【振动陀螺仪】振动陀螺仪利用高频振动的质量在被基座带动旋转时所产生的哥氏效应来敏感角运动 。振动陀螺仪的主体是一个做高频振动的构件,其具有性能稳定、结构简单、可靠性高、承载能力大等优点 。常见的振动陀螺仪有音叉振动陀螺仪、压电振动陀螺仪和壳体振动陀螺仪三种 。
基本介绍中文名:振动陀螺仪
外文名:Vibration Gyroscope
敏感元件:高频振动构件
种类:音叉、压电、壳体振动陀螺仪
振动陀螺仪特徵振动陀螺仪的主体是一个做高频振动的构件 。同刚体转子陀螺仪相比,它没有高速旋转的转子和相应的支承系统,因而具有性能稳定、结构简单、可靠性高、承载能力大、体积小、重量轻和成本低等优点 。振动陀螺仪种类音叉振动陀螺仪音叉振动陀螺仪又称音叉谐振陀螺仪 。它利用音叉端部的振动质量被基座带动旋转时的哥氏效应来敏感角速度 。从功能上看,它属于单轴速率陀螺仪 。音叉的双臂在激振装置的激励下做相向和相背交替的往复弯曲运动,音叉两端部的质量就做相向和相背交替的往复直线运动 。激振装置保证了音叉做等幅振荡运动,双臂振荡的幅值相等,而相位恰好相反 。音叉振动陀螺仪的哥氏效应可以用下图来说明,由于相对运动和牵连运动的相互影响,音叉端部两个质点均具有哥氏加速度,并受到哥氏惯性力的作用 。当音叉端部的质点做相向运动时,其哥氏加速度大小为
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,哥氏惯性力大小为
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,方向如图中所示 。两个质点的哥氏惯性力矢量在xoz平面上,由此对音叉中心轴形成转矩,即哥氏惯性力矩,其大小为
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其中s为音叉两端质点与y轴的垂直距离,方向如图中所示 。若音叉两端部的质点做相背运动时,则相对速度、哥氏速度、哥氏加速度、哥氏惯性力和哥氏惯性力矩都和图中的方向相反 。除了音叉端部两质点有上述现象外,音叉两臂上所有对称位置上的质点都会出现上述哥氏效应,所以整个音叉的哥氏惯性力矩应当通过积分来求得,通过积分输出的结果便可以反推出角速度信息 。
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 壳体振动陀螺仪壳体振动陀螺仪利用轴对称壳的振动质量在角速度作用下的哥氏效应而工作 。在这种陀螺仪中,哥氏效应所导致的结果是振动波形相对基座的偏转 。壳体振动陀螺仪的核心部分是谐振壳体或称谐振子,利用谐振子振型相对基座的偏转来度量基座相对惯性空间的旋转 。振型偏转方向与基座转动方向相反,振型偏转角度
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与基座转动角度
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成正比,即
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也即
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其中
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为基座转动角速度 。谐振子振型的偏转通过哥氏加速度和哥氏惯性力从得到,也即通过谐振子在角速度作用下的哥氏效应得到相应的谐振子振型的偏转角度,由此便可以从壳体振动陀螺仪输出信息中反推出角速度信息 。