MEMS陀螺儀,即硅微機電陀螺儀,絕大多數(shù)的MEMS陀螺儀依賴于相互正交的振動和轉(zhuǎn)動引起的交變科里奧利力。MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems)是指集機械元素、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機電系統(tǒng)。MEMS陀螺儀是利用coriolis定理,將旋轉(zhuǎn)物體的角速度轉(zhuǎn)換成與角速度成正比的直流電壓信號,其主要部件通過摻雜技術(shù)、光刻技術(shù)、腐蝕技術(shù)、LIGA技術(shù)、封裝技術(shù)等批量生產(chǎn)的。汽車行業(yè)中,陀螺儀可用于車輛穩(wěn)定性控制、導(dǎo)航系統(tǒng)等,提高駕駛安全性。安徽慣性導(dǎo)航系統(tǒng)定制價格
下面,我們以單自由度陀螺儀為例,來解析角速度測量的原理。單自由度陀螺儀的簡化模型如下圖所示,其中x、y、z分別表示陀螺儀的三個軸。假設(shè)基座被固定在汽車上,y軸即為汽車的前進方向。當(dāng)汽車?yán)@y軸或z軸旋轉(zhuǎn)時,內(nèi)環(huán)起到了隔離運動的作用,陀螺轉(zhuǎn)軸并不會隨汽車轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。但當(dāng)汽車?yán)@x軸轉(zhuǎn)動時,內(nèi)環(huán)上會產(chǎn)生一對力F,形成沿x軸方向的力矩mx。由于陀螺儀在x軸方向沒有轉(zhuǎn)動自由度,力矩mx將使陀螺主軸繞內(nèi)環(huán)y軸進動。因此,通過測量y軸的角速度,我們可以間接測量到汽車在x軸的角速度。具體的建模和求解過程需要基于動量矩定理,這里不再詳細(xì)展開。頂管導(dǎo)向航姿儀現(xiàn)貨直發(fā)陀螺儀作為現(xiàn)代導(dǎo)航和控制技術(shù)中的重要組成部分,為多個領(lǐng)域的精確測量和定位提供了不可或缺的支持。
作為穩(wěn)定器,陀螺儀器能使列車在單軌上行駛,能減小船舶在風(fēng)浪中的搖擺,能使安裝在飛機或衛(wèi)星上的照相機相對地面穩(wěn)定等等。作為精密測試儀器,陀螺儀器能夠為地面設(shè)施、礦山隧道、地下鐵路、石油鉆探以及導(dǎo)彈發(fā)射井等提供準(zhǔn)確的方位基準(zhǔn)。陀螺儀器的應(yīng)用范圍是相當(dāng)普遍的,它在現(xiàn)代化的國家防護建設(shè)和國民經(jīng)濟建設(shè)中均占重要的地位。基本上陀螺儀是一種機械裝置,其主要部分是一個繞旋轉(zhuǎn)軸以極高角速度旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子裝在一支架內(nèi);在通過轉(zhuǎn)子中心軸XX1上加一內(nèi)環(huán)架,那么陀螺儀就可環(huán)繞平面兩軸作自由運動;然后,在內(nèi)環(huán)架外加上一外環(huán)架,則這個陀螺儀有兩個平衡環(huán),可以環(huán)繞平面 [2]三軸作自由運動,成為一個完整的太空陀螺儀(space gyro)。
陀螺儀是什么?陀螺儀是一種慣性傳感器,用于測量角速度或角位移。用途:陀螺儀普遍應(yīng)用于各種領(lǐng)域,包括:航空和航天:飛機、直升機和航天器的導(dǎo)航和姿態(tài)控制;汽車:電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)(ESC)和自適應(yīng)巡航控制(ACC);機器人:平衡和姿態(tài)控制;虛擬現(xiàn)實(VR)和增強現(xiàn)實(AR):頭部跟蹤和手勢控制;消費電子產(chǎn)品:智能手機和可穿戴設(shè)備的屏幕翻轉(zhuǎn)和方向鎖定。原理:陀螺儀的工作原理基于角動量守恒定律。當(dāng)陀螺高速旋轉(zhuǎn)時,它會產(chǎn)生一個稱為角動量的物理量。當(dāng)陀螺受到外力的作用而旋轉(zhuǎn)(角速度),角動量會改變方向,產(chǎn)生一個與角速度成正比的力矩。通過測量這個力矩,陀螺儀可以確定旋轉(zhuǎn)速度和方向。陀螺儀工作原理基于角動量守恒定律,旋轉(zhuǎn)物體在無外力矩作用時,旋轉(zhuǎn)軸保持穩(wěn)定。
陀螺儀在手機中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面:1、可以用作輸入設(shè)備。陀螺儀相當(dāng)于一個立體的鼠標(biāo),這個功能和第三大用途中的游戲傳感器很類似,甚至可以認(rèn)為是一種類型。通過小幅度的傾斜,偏轉(zhuǎn)手機,實現(xiàn)菜單,目錄的選擇和操作的執(zhí)行。(比如前后傾斜手機,實現(xiàn)通訊錄條目的上下滾動;左右傾斜手機,實現(xiàn)瀏覽頁面的左右移動或者頁面的放大或縮小。2、也是未來較有前景和應(yīng)用范圍的用途。那就是可以幫助手機實現(xiàn)很多增強現(xiàn)實的功能。增強現(xiàn)實是才冒出的概念,和虛擬現(xiàn)實一樣,是計算機的一種應(yīng)用。大意是可以通過手機或者電腦的處理能力,讓人們對現(xiàn)實中的一些物體有更深入的了解。光纖陀螺儀利用光纖環(huán)路的Sagnac效應(yīng),通過檢測相位差來獲得角速度信息。慣導(dǎo)價位
陀螺儀在導(dǎo)航系統(tǒng)中,可以提供準(zhǔn)確的方向和位置信息,用于船舶、飛機等的導(dǎo)航。安徽慣性導(dǎo)航系統(tǒng)定制價格
由于光纖陀螺儀具有結(jié)構(gòu)緊湊,靈敏度高,工作可靠等等優(yōu)點,所以目前光纖陀螺儀在很多的領(lǐng)域已經(jīng)完全取代了機械式的傳統(tǒng)的陀螺儀,成為現(xiàn)代導(dǎo)航儀器中的關(guān)鍵部件。同時,激光陀螺儀也有突破,它通過光程差來測量旋轉(zhuǎn)角速度,優(yōu)點和光纖陀螺儀差不多,但成本高一些。而我們現(xiàn)在智能手機上采用的陀螺儀是MEMS(微機電)陀螺儀,它精度并不如前面說到的光纖和激光陀螺儀,需要參考其他傳感器的數(shù)據(jù)才能實現(xiàn)功能,但其體積小、功耗低、易于數(shù)字化和智能化,特別是成本低,易于批量生產(chǎn),非常適合手機、汽車牽引控制系統(tǒng)、醫(yī)療器材這些需要大規(guī)模生產(chǎn)的設(shè)備。安徽慣性導(dǎo)航系統(tǒng)定制價格