陀螺仪原理 mems陀螺仪原理( 二 ) _百科达人

光纤陀螺仪的原理是利用光程的变化检测出两条光路的相位差，就可以测出光路旋转角速度，主要用于航空，航海，航天和国防工业和农业领域。
微机电陀螺仪MEMS一般会用在手机等电子产品上，通常有两个方向的可移动电容板，径向的电容板加震荡电压迫使物体做径向运动，横向的电容板测量由于横向运动带来的电容变化，所以由电容的变化可以计算出角速度。
所以手机陀螺仪又叫角速度传感器，主要是测量物理量是偏转、倾斜时的转动角速度。
传统的惯性陀螺仪都是机械式的，它的精度不是很高，随着技术的发展，现在更多的是利用芯片来实现陀螺仪的功能，一般用在航空航天，手机，导航等高精度，高灵敏度的领域，其结果也更加复杂。
现在的陀螺仪应用好像高大上，但在我们生活中处处可见，自行车上的轮子沿着中心轴运动，这就成了一个陀螺仪，所以只要轮子转动骑车人就不会倒下，动物界中也存在陀螺仪，见下图，看来陀螺仪也不光是人类的专有的啊。
所以，陀螺仪不仅仅是用在手机里那么简单，大到航海，航空和航天，导弹、卫星运载器，国防等领域，并且地面设施、矿山隧道、地下铁路、石油钻探都离不开它。在生活中汽车导行，手机，环境监控等领域都需要陀螺仪的参与。
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小零件大核心——机械陀螺仪的结构及原理3导弹能跨越千里准确地击中目标，一定要有一系列感知位置和姿态的传感器，其中角运动检测装置陀螺仪是必须具备的，虽然目前光纤陀螺仪，激光陀螺仪，静电陀螺仪和MEMS陀螺仪等新型的陀螺仪应用已经十分广泛，但是在此之前机械陀螺仪才是导弹制导系统中核心零件。今天我们就聊一聊机械式陀螺仪的原理。
陀螺仪的基本原理我们玩的陀螺在静止的时候是站不起来的，但是当陀螺高速旋转的时候他就能稳定地站起来。
旋转中的陀螺
而且在特定的条件下，它的转轴能够保持一个非常稳定的角度。
更神奇的是，如果我们把陀螺放在一个可以旋转的万向节中，无论我们怎么摆动万向节，高速旋转陀螺的旋转轴仍能保持稳定不变。
如果我们把陀螺仪放在两个万向节中，除了旋转轴能保持一致以外，我们旋转一个万向节，另个一万向节也会旋转，并且方向是有规律的，当推动外框架或者内框架改变动量矩的方向时，陀螺仪会产生反作用力矩，其大小与外力矩相等，方向相反，遵循角动量守恒。
上图左为放在两个万向节中的陀螺仪，上图右为放在一个万向节中的陀螺仪（图片来自大英百科）
三自由度陀螺仪
陀螺仪正是基于旋转的陀螺这些特性被发明出来的。
陀螺仪的发明历史机械陀螺仪是由让-伯纳德-莱昂·福柯（ Jean-Bernard-Léon Foucault），一位法国物理学家在1850年发明并命名的。他将陀螺仪命名为将高速旋转的陀螺安装在环形万向节中，旋转的陀螺的角度即使万向节组件倾斜时也能保持其姿态的一种装置。
在 1850 年代，福柯使用这种转子进行了一系列实验，并证明了无论环形万向节如何旋转，中间的陀螺转子轴都保持其原始方向，并且这个特性与地球自转没有关系。这就是陀螺仪的定轴性。
这种特性为陀螺仪作为方向指示器提供了许多应用，并且在 1908 年第一个可行的陀螺罗盘是由德国发明家H. Anschütz-Kaempfe 开发并应用于潜水器。
1909年美国发明家Elmer A. Sperry建造了第一个自动驾驶仪使用陀螺仪保持飞机在航线上。1916 年，一家德国公司在一艘丹麦客船上安装了第一台船舶自动驾驶仪，同年，陀螺仪被用于设计第一台人工地平线飞机。
二战期间，首次有了弹道导弹，即德国V-2导弹，首次将陀螺仪用在导弹制导系统中。
陀螺仪的导航应用到这里是不是还是不太明白陀螺仪的应用原理？不要紧，我们举一个例子。
如上文提到的陀螺仪有两个重要的特性，中心轴比较稳定的特性我们称之为定轴性，万向节跟随转送的特性我们称之为进动性。
应用于导弹惯性制导系统中姿态控制的机械陀螺仪，就是利用陀螺仪的定轴性。简单地讲，飞行器在空中飞行过程中，不管姿态如何改变，陀螺仪的中心旋转轴始终指向原始给定的垂直方向而不变，而这时旋转的陀螺和两个外面的环形万向节就产生了角度偏差，这样就提供了有关姿态角的信息。当然，由于陀螺自身漂移和环境变化，需要修正装置随时校准修正。弹道导弹的陀螺仪也十分复杂，一个制导陀螺仪的零件就有上万个。