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，主要作為傳感器(qi)使用，那么陀螺儀(yi)是什么意思呢？

陀螺(luo)儀(yi)又叫角速(su)度傳(chuan)感器，是不(bu)同于加速(su)度計的(de)(de)，它的(de)(de)測量物理量是偏(pian)轉(zhuan)、傾斜(xie)時的(de)(de)轉(zhuan)動(dong)角速(su)度。陀螺(luo)儀(yi)是一種用來傳(chuan)感與維持(chi)方(fang)向的(de)(de)裝置，基于角動(dong)量守恒的(de)(de)理論設(she)計出(chu)來的(de)(de)，主要是由一個位于軸心且可旋轉(zhuan)的(de)(de)轉(zhuan)子構(gou)成。

陀(tuo)(tuo)螺儀在發(fa)明之初是機械(xie)式的(de)體積比(bi)較大，里面真(zhen)有高(gao)速(su)旋轉的(de)陀(tuo)(tuo)螺，隨著技術的(de)發(fa)展，現在的(de)陀(tuo)(tuo)螺儀已經變成一塊(kuai)小小的(de)芯(xin)片了，能檢測和感應3D空間的(de)線性(xing)和動作，從而能夠辨認方向(xiang)，確定姿態(tai)，計算角速(su)度(du)。

二、陀螺儀有哪幾種類型

陀螺儀的種(zhong)(zhong)類眾多(duo)，不同種(zhong)(zhong)類應(ying)用(yong)有所不同，利用(yong)陀螺儀的動力學特性制(zhi)成的各(ge)種(zhong)(zhong)儀表或(huo)裝置(zhi)，主要有以(yi)下幾種(zhong)(zhong)：

1、陀螺方向儀

能給出飛(fei)行物(wu)體轉彎(wan)角(jiao)度(du)和航(hang)向(xiang)(xiang)指(zhi)(zhi)示(shi)的陀螺(luo)裝置(zhi)。它是三自由(you)度(du)均衡陀螺(luo)儀(yi)(yi)(yi)，其(qi)底座(zuo)固(gu)連在飛(fei)機上(shang)，轉子軸(zhou)(zhou)(zhou)提供慣性空(kong)間的給定(ding)方(fang)向(xiang)(xiang)。若開始時轉子軸(zhou)(zhou)(zhou)水(shui)平放(fang)置(zhi)并指(zhi)(zhi)向(xiang)(xiang)儀(yi)(yi)(yi)表的零方(fang)位，則當(dang)飛(fei)機繞鉛直軸(zhou)(zhou)(zhou)轉彎(wan)時，儀(yi)(yi)(yi)表就(jiu)相對轉子軸(zhou)(zhou)(zhou)轉動，從而能給出轉彎(wan)的角(jiao)度(du)和航(hang)向(xiang)(xiang)的指(zhi)(zhi)示(shi)。由(you)于摩擦及其(qi)他干擾，轉子軸(zhou)(zhou)(zhou)會逐漸偏離(li)原始方(fang)向(xiang)(xiang)，因此每隔一段(duan)時間（如15分鐘）須對照精密羅盤(pan)作一次人工調整。

2、陀螺羅盤

供航行和(he)(he)飛(fei)行物體作方(fang)向(xiang)基準(zhun)用的尋找并跟蹤地(di)理子(zi)午(wu)(wu)面(mian)(mian)(mian)的三自(zi)由度陀螺(luo)(luo)儀。其外環軸鉛(qian)直，轉(zhuan)(zhuan)子(zi)軸水(shui)(shui)平(ping)(ping)置于子(zi)午(wu)(wu)面(mian)(mian)(mian)內，正端指北(bei)；其重心(xin)沿鉛(qian)垂軸向(xiang)下或向(xiang)上(shang)偏離(li)(li)支承中心(xin)。轉(zhuan)(zhuan)子(zi)軸偏離(li)(li)子(zi)午(wu)(wu)面(mian)(mian)(mian)時(shi)同(tong)時(shi)偏離(li)(li)水(shui)(shui)平(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)而(er)產(chan)生重力矩(ju)使陀螺(luo)(luo)旋進到(dao)子(zi)午(wu)(wu)面(mian)(mian)(mian)，這種利用重力矩(ju)的陀螺(luo)(luo)羅(luo)盤(pan)稱擺式羅(luo)盤(pan)。21世(shi)紀發(fa)展為(wei)利用自(zi)動控制系(xi)統代替重力擺的電控陀螺(luo)(luo)羅(luo)盤(pan)，并制造出(chu)能同(tong)時(shi)指示水(shui)(shui)平(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)和(he)(he)子(zi)午(wu)(wu)面(mian)(mian)(mian)的平(ping)(ping)臺羅(luo)盤(pan)。

3、陀螺垂直儀

利用(yong)擺(bai)式(shi)敏感元(yuan)件對三自(zi)由度陀(tuo)螺(luo)(luo)(luo)儀(yi)施(shi)加修正(zheng)(zheng)力矩以(yi)指示(shi)地(di)(di)垂線(xian)的(de)(de)儀(yi)表，又稱陀(tuo)螺(luo)(luo)(luo)水平儀(yi)。陀(tuo)螺(luo)(luo)(luo)儀(yi)的(de)(de)殼(ke)體(ti)利用(yong)隨動系(xi)統(tong)跟蹤轉子軸位(wei)置(zhi)，當轉子軸偏離地(di)(di)垂線(xian)時，固定(ding)在殼(ke)體(ti)上(shang)的(de)(de)擺(bai)式(shi)敏感元(yuan)件輸出信號(hao)使力矩器(qi)產生(sheng)修正(zheng)(zheng)力矩，轉子軸在力矩作用(yong)下(xia)旋進(jin)回(hui)到地(di)(di)垂線(xian)位(wei)置(zhi)。陀(tuo)螺(luo)(luo)(luo)垂直儀(yi)是(shi)除陀(tuo)螺(luo)(luo)(luo)擺(bai)以(yi)外應用(yong)于航空(kong)和航海導航系(xi)統(tong)的(de)(de)又一種地(di)(di)垂線(xian)指示(shi)或量測儀(yi)表。

4、陀螺穩定器

穩(wen)定(ding)船體的(de)(de)陀(tuo)螺裝置。當(dang)船體側(ce)搖時，陀(tuo)螺力(li)矩迫使(shi)框(kuang)架攜帶轉子一(yi)起相對于(yu)船體旋(xuan)(xuan)(xuan)進(jin)。這種搖擺式(shi)旋(xuan)(xuan)(xuan)進(jin)引起另一(yi)個陀(tuo)螺力(li)矩，對船體產生穩(wen)定(ding)作用。一(yi)旦船體側(ce)傾，小(xiao)陀(tuo)螺沿其鉛(qian)直(zhi)軸(zhou)旋(xuan)(xuan)(xuan)進(jin)，從而使(shi)主陀(tuo)螺儀(yi)框(kuang)架軸(zhou)上(shang)的(de)(de)控制馬達及時開(kai)動(dong)，在該軸(zhou)上(shang)施加與原陀(tuo)螺力(li)矩方向相同(tong)的(de)(de)主動(dong)力(li)矩，借以加強框(kuang)架的(de)(de)旋(xuan)(xuan)(xuan)進(jin)和由此旋(xuan)(xuan)(xuan)進(jin)產生的(de)(de)對船體的(de)(de)穩(wen)定(ding)作用。

5、速率陀螺儀

用(yong)(yong)以(yi)直接測(ce)定(ding)運(yun)載(zai)器角速(su)率的(de)二自(zi)由(you)度(du)陀螺(luo)裝置。把均衡陀螺(luo)儀(yi)的(de)外環(huan)(huan)固(gu)定(ding)在運(yun)載(zai)器上并(bing)令內(nei)(nei)環(huan)(huan)軸(zhou)(zhou)垂直于(yu)要測(ce)量(liang)角速(su)率的(de)軸(zhou)(zhou)。當(dang)運(yun)載(zai)器連(lian)同(tong)外環(huan)(huan)以(yi)角速(su)度(du)繞測(ce)量(liang)軸(zhou)(zhou)旋(xuan)(xuan)進(jin)時，陀螺(luo)力矩將(jiang)迫使(shi)內(nei)(nei)環(huan)(huan)連(lian)同(tong)轉子一起相(xiang)對運(yun)載(zai)器旋(xuan)(xuan)進(jin)。陀螺(luo)儀(yi)中(zhong)(zhong)有彈簧(huang)限制(zhi)這個相(xiang)對旋(xuan)(xuan)進(jin)，而內(nei)(nei)環(huan)(huan)的(de)旋(xuan)(xuan)進(jin)角正比(bi)于(yu)彈簧(huang)的(de)變形量(liang)。由(you)平(ping)衡時的(de)內(nei)(nei)環(huan)(huan)旋(xuan)(xuan)進(jin)角即可(ke)求得陀螺(luo)力矩和運(yun)載(zai)器的(de)角速(su)率。積分(fen)陀螺(luo)儀(yi)與速(su)率陀螺(luo)儀(yi)的(de)不同(tong)處只(zhi)在于(yu)用(yong)(yong)線性(xing)阻尼器代替彈簧(huang)約束。當(dang)運(yun)載(zai)器作任意變速(su)轉動時，積分(fen)陀螺(luo)儀(yi)的(de)輸出(chu)量(liang)是繞測(ce)量(liang)軸(zhou)(zhou)的(de)轉角（即角速(su)度(du)的(de)積分(fen)）。以(yi)上兩種(zhong)陀螺(luo)儀(yi)在遠距(ju)離測(ce)量(liang)系(xi)統(tong)或自(zi)動控制(zhi)、慣性(xing)導(dao)航平(ping)臺中(zhong)(zhong)使(shi)用(yong)(yong)較多。

6、陀螺穩定平臺

以陀(tuo)螺(luo)(luo)(luo)儀(yi)(yi)為(wei)(wei)(wei)核心元件(jian)，使被穩(wen)定對象相(xiang)對慣性(xing)空間的(de)給定姿態保(bao)持穩(wen)定的(de)裝置。穩(wen)定平(ping)臺(tai)(tai)通(tong)常(chang)利用(yong)(yong)由外環和內環構成制(zhi)平(ping)臺(tai)(tai)框(kuang)架(jia)軸(zhou)(zhou)上的(de)力(li)矩器以產(chan)生力(li)矩與(yu)干(gan)擾力(li)矩平(ping)衡使陀(tuo)螺(luo)(luo)(luo)儀(yi)(yi)停(ting)止旋(xuan)進(jin)的(de)穩(wen)定平(ping)臺(tai)(tai)稱為(wei)(wei)(wei)動力(li)陀(tuo)螺(luo)(luo)(luo)穩(wen)定器。陀(tuo)螺(luo)(luo)(luo)穩(wen)定平(ping)臺(tai)(tai)根據(ju)對象能保(bao)持穩(wen)定的(de)轉軸(zhou)(zhou)數目分為(wei)(wei)(wei)單軸(zhou)(zhou)、雙(shuang)軸(zhou)(zhou)和三(san)軸(zhou)(zhou)陀(tuo)螺(luo)(luo)(luo)穩(wen)定平(ping)臺(tai)(tai)。陀(tuo)螺(luo)(luo)(luo)穩(wen)定平(ping)臺(tai)(tai)可用(yong)(yong)來穩(wen)定那(nei)些(xie)需要精確(que)定向(xiang)的(de)儀(yi)(yi)表和設備，如(ru)測量儀(yi)(yi)器、天(tian)線等，并已廣泛用(yong)(yong)于航空和航海的(de)導航系統及(ji)火(huo)控、雷達的(de)萬(wan)向(xiang)支架(jia)支承。根據(ju)不同原理方案使用(yong)(yong)各種類型陀(tuo)螺(luo)(luo)(luo)儀(yi)(yi)為(wei)(wei)(wei)元件(jian)。其中利用(yong)(yong)陀(tuo)螺(luo)(luo)(luo)旋(xuan)進(jin)產(chan)生的(de)陀(tuo)螺(luo)(luo)(luo)力(li)矩抵抗干(gan)擾力(li)矩，然后輸出信號控、照相(xiang)系統。

7、陀螺儀傳感器

陀螺儀(yi)傳感(gan)器(qi)(qi)是一個簡單易(yi)用(yong)的基于自由(you)空(kong)間移動(dong)和(he)手勢的定(ding)位和(he)控制(zhi)系統。在假(jia)象的平面上(shang)揮動(dong)鼠(shu)標(biao)，屏(ping)幕上(shang)的光標(biao)就會跟著(zhu)移動(dong)，并(bing)可以繞著(zhu)鏈接(jie)畫圈和(he)點(dian)擊按鍵。當你正在演講或離開桌子時，這(zhe)些操(cao)作都能夠很方便地實現。陀螺儀(yi)傳感(gan)器(qi)(qi)原本(ben)是運用(yong)到直升機模型上(shang)的，現在已經被廣泛運用(yong)于手機這(zhe)類移動(dong)便攜(xie)設備上(shang)。

8、光纖陀螺儀

光纖(xian)陀(tuo)螺(luo)(luo)(luo)儀是以光導纖(xian)維線圈為基礎的(de)敏感(gan)元件(jian)， 由激光二極管發射出的(de)光線朝兩個方向沿光導纖(xian)維傳(chuan)播(bo)。光傳(chuan)播(bo)路徑的(de)變化，決定了敏感(gan)元件(jian)的(de)角位移。光纖(xian)陀(tuo)螺(luo)(luo)(luo)儀與傳(chuan)統(tong)的(de)機械陀(tuo)螺(luo)(luo)(luo)儀相比，優點是全(quan)固(gu)態，沒有旋轉部件(jian)和摩擦部件(jian)，壽命長，動態范圍大，瞬時啟動，結構簡單，尺(chi)寸小，重量輕。與激光陀(tuo)螺(luo)(luo)(luo)儀相比，光纖(xian)陀(tuo)螺(luo)(luo)(luo)儀沒有閉鎖問題(ti)，也不用在石英(ying)塊精密加工(gong)出光路，成本低。

9、激光陀螺儀

激光(guang)(guang)陀(tuo)螺(luo)儀的(de)原理是(shi)利(li)用(yong)(yong)光(guang)(guang)程差來測量旋轉(zhuan)角速(su)(su)度。在閉合(he)光(guang)(guang)路(lu)(lu)中(zhong)，由同一光(guang)(guang)源發出的(de)沿順時針方(fang)向(xiang)(xiang)和(he)反時針方(fang)向(xiang)(xiang)傳輸(shu)的(de)兩束光(guang)(guang)和(he)光(guang)(guang)干涉(she)，利(li)用(yong)(yong)檢測相位差或(huo)干涉(she)條紋的(de)變化(hua)，就可以(yi)測出閉合(he)光(guang)(guang)路(lu)(lu)旋轉(zhuan)角速(su)(su)度。

10、MEMS陀螺儀

基(ji)于MEMS的陀螺儀價格(ge)相比光纖或者激光陀螺便宜很多，但使(shi)(shi)用(yong)精度非常低(di)，需(xu)要使(shi)(shi)用(yong)參(can)考傳感(gan)器進(jin)行補償，以提高使(shi)(shi)用(yong)精度。基(ji)于MEMS 技術的陀螺因其成本(ben)低(di)，能批量(liang)生產，已(yi)經能夠廣泛應用(yong)于汽車牽引控制系統、醫用(yong)設(she)備、軍事設(she)備等低(di)成本(ben)需(xu)求應用(yong)中(zhong)。