振动陀螺仪原理及技术-教学课件.ppt

振动陀螺仪原理及技术*新型惯性器件及其应用2提纲1、振动陀螺仪的基本原理2、音叉振动陀螺仪3、半球谐振陀螺仪4、微机械陀螺仪*新型惯性器件及其应用31、振动陀螺仪的基本原理振动陀螺仪:振动陀螺仪是一种没有转动结构的、能测量运动角速度的固态陀螺仪,具有结构简单、可靠性高、寿命长的特点。*新型惯性器件及其应用41、振动陀螺仪的基本原理以法国科学家哥里奥利(1792-1843)命名的哥氏加速度是一种表观加速度,它以一种参考坐标系来表示,并且和旋转速率成正比。哥氏加速度的基本概念*新型惯性器件及其应用51、振动陀螺仪的基本原理哥里奥利力来自于物体运动所具有的惯性,在旋转体系中进行直线运动的质点,由于惯性的作用,有沿著原有运动方向继续运动的趋势,但是由于体系本身是旋转的,在经历了一段时间的运动之后,体系中质点的位置会有所变化,而它原有的运动趋势的方向,如果以旋转体系的视角去观察,就会发生一定程度的偏离。*新型惯性器件及其应用6摆动可以看作一种往复的直线运动,在地球上的摆动会受到地球自转的影响。只要摆面方向与地球自转的角速度方向存在一定的夹角,摆面就会受到哥里奥利力的影响,而产生一个与地球自转方向相反的扭矩,从而使得摆面发生转动。1、振动陀螺仪的基本原理*新型惯性器件及其应用71851年法国物理学家傅科预言了这种现象的存在,并且以实验证明了这种现象,他用一根长67米的钢丝绳和一枚28千克的金属球组成一个单摆,在摆垂下镶嵌了一个指针,将这个巨大的单摆悬挂在教堂穹顶之上,实验证实了在北半球摆面会缓缓向右旋转。由于傅科首先提出并完成了这一实验,因而实验被命名为傅科摆实验。1、振动陀螺仪的基本原理*新型惯性器件及其应用81、振动陀螺仪的基本原理哥氏力的作用将引起付科摆绕垂线转动,这是所有振动陀螺的基础。从原理上讲,如果一个质量在一平面内正弦振动,而且此平面以某一角速率Ω旋转,那么哥氏力就会使该质量以垂直于该平面的方向作正弦振动,其幅值正比于Ω。对哥氏力所引起的运动进行测量,就可以提供Ω的信息。这种测量是所有石英和硅的微机械陀螺基础的原理。*新型惯性器件及其应用91、振动陀螺仪的基本原理振动陀螺是非旋转装置,采用在一振动验证质量上的哥氏加速度效应来检测惯性角旋转。因此,这种传感器依赖的是对作用在质量上的力所进行的检测。虽然实际的传感器配置方案很多,但它们通常属于以下三种类别中的一种:-简单的振荡器-平衡式振荡器(如调谐音叉陀螺)-壳体谐振器(酒杯、圆柱体、环形振荡器)。*新型惯性器件及其应用101、振动陀螺仪的基本原理振动陀螺的三种基本结构方案