惯性导航原理,惯性导航利用陀螺仪和加速度计测量载体在惯性参考系下的角速度和加速度,并对时间进行积分、运算得到速度和相对位置,且把它变换到导航坐标系中,这样结合较初的位置信息,就可以得到载体现在所处的位置。陀螺仪是一种稳定平衡装置,在航空,航海,手机,汽车等产业上有普遍应用,可以让装备陀螺仪的设备在运动过程中保持平衡稳定,并提供准确的方位,水平,加速度,速度等信息。水平陀螺仪指示水平方向,给飞行器的航向角修正提供信息。陀螺罗经是一种依靠陀螺仪指示真北的装置。它利用地球自转角速度和重力力矩的综合作用,能够使自转轴自动寻找真北,而不需要依靠地磁场。现在也有了长足的进步和发展。由此可见,陀螺仪器的应用范围是相当普遍的,它在现代化的国家防护建设和国民经济建设中均占重要的地位。陀螺仪可以用于无人机的姿态控制和导航,提供准确的飞行数据。上海航姿仪厂商

1850年法国物理学家莱昂·傅科(J.Foucault)为了研究地球自转,首先发现高速转动中地的转子(rotor),由于具有惯性,它的旋转轴永远指向一固定方向,他用希腊字 gyro(旋转)和skopein(看)两字合为gyro scopei 一字来命名这种仪表。陀螺仪是一种既古老而又很有生命力的仪器,从头一台真正实用的陀螺仪器问世以来已有大半个世纪,但直到现在,陀螺仪仍在吸引着人们对它进行研究,这是由于它本身具有的特性所决定的。陀螺仪较主要的基本特性是它的稳定性和进动性。上海航姿仪厂商不同类型的陀螺仪具有不同的测量精度和适用范围,可根据需求选择合适的型号进行应用。

我们以一个单轴偏航陀螺仪为例,探讨较简单的工作原理(图1)。两个正在运动的质点向相反方向做连续运动,如蓝色箭头所示。只要从外部施加一个角速率,就会产生一个与质点运动方向垂直的科里奥利力,如图中黄色箭头所示。产生的科里奥利力使感应质点发生位移,位移大小与所施加的角速率大小成正比。因为传感器感应部分的运动电极(转子)位于固定电极(定子)的侧边,上面的位移将会在定子和转子之间引起电容变化,因此,在陀螺仪输入部分施加的角速率被转化成一个专门使用电路可以检测的电参数。
陀螺仪,是一种用来感测与维持方向的装置,基于「角动量守恒」的理论设计出来的。陀螺仪主要是由一个位于轴心可以旋转的轮子构成,陀螺仪一旦开始旋转,由于轮子的「角动量」,陀螺仪有抗拒方向改变的趋向。陀螺仪多用于导航、定位等系统,1850 年法国的物理学家 J.Foucault 为了研究地球自转,首先发现高速转动中的转子,由于「惯性」作用它的旋转轴永远指向一固定方向,他用希腊字 gyro(旋转)和 skopein(看)两字合为 gyro scopei 一字来命名这种仪表。随着MEMS技术的成熟,微型陀螺仪逐渐成为市场主流,应用于各种消费电子产品。

陀螺仪的应用场景,惯性导航,在航空航天事业中普遍应用,配合GPS提高导航精度(感知方向/速度的改变),已知起始位置/朝向,将每个时刻的运动方向与朝向,通过积分运算后得到较终的朝向、位置信息。惯性姿态计算,体感操作(和平精英)、手势控制(Smart Car教育机器人)、空间音频(Airpods)、头部追踪(VR/AR头显)、飞控(无人机)、稳定(稳定器)。手机应用:计步、摄像头防抖、横竖屏感应切换、抬屏显示、360°视图显示(可以根据手机的方位与角度查看不同视角,eg.星空APP)、摇一摇陀螺仪的制造材料和技术不断发展,使其在精度、尺寸、重量等方面不断突破。上海航姿仪厂商
未来,陀螺仪将进一步融合人工智能技术,实现更智能、更高效的数据处理和应用。上海航姿仪厂商
下面,我们以单自由度陀螺仪为例,来解析角速度测量的原理。单自由度陀螺仪的简化模型如下图所示,其中x、y、z分别表示陀螺仪的三个轴。假设基座被固定在汽车上,y轴即为汽车的前进方向。当汽车绕y轴或z轴旋转时,内环起到了隔离运动的作用,陀螺转轴并不会随汽车转动而转动。但当汽车绕x轴转动时,内环上会产生一对力F,形成沿x轴方向的力矩mx。由于陀螺仪在x轴方向没有转动自由度,力矩mx将使陀螺主轴绕内环y轴进动。因此,通过测量y轴的角速度,我们可以间接测量到汽车在x轴的角速度。具体的建模和求解过程需要基于动量矩定理,这里不再详细展开。上海航姿仪厂商
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