黑龙江车载惯导

陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角速度检测装置。利用其他原理制成的角速度检测装置起同样功能的也称陀螺仪。绕一个支点高速转动的刚体称为陀螺(top)。通常所说的陀螺是特指对称陀螺，它是一个质量均匀分布的、具有轴对称形状的刚体，其几何对称轴就是它的自转轴。在一定的初始条件和一定的外在力矩作用下，陀螺会在不停自转的同时，环绕着另一个固定的转轴不停地旋转，这就是陀螺的旋进(precession)，又称为回转效应(gyroscopic effect)。陀螺旋进是日常生活中常见的现象，许多人小时候都玩过的陀螺就是一例。现代陀螺仪采用微电子技术，实现小型化、集成化和智能化，提高系统性能。黑龙江车载惯导

普遍使用的MEMS陀螺（微机械）可应用于航空、航天、航海、兵器、汽车、生物医学、环境监控等领域。并且MEMS陀螺相比传统的陀螺有明显的优势：1.体积小、重量轻。适合于对安装空间和重量要求苛刻的场合，例如弹载测量等。2.低成本。3.高可靠性。内部无转动部件，全固态装置，抗大过载冲击，工作寿命长。4.低功耗。5.大量程。适于高转速大g值的场合。6.易于数字化、智能化。可数字输出，温度补偿，零位校正等。从力学的观点近似的分析陀螺的运动时，可以把它看成是一个刚体，刚体上有一个万向支点，而陀螺可以绕着这个支点作三个自由度的转动，所以陀螺的运动是属于刚体绕一个定点的转动运动。安徽防爆型惯导汽车行业中，陀螺仪可用于车辆稳定性控制、导航系统等，提高驾驶安全性。

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。

由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，所以目前光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪，成为现代导航仪器中的关键部件。同时，激光陀螺仪也有突破，它通过光程差来测量旋转角速度，优点和光纤陀螺仪差不多，但成本高一些。而我们现在智能手机上采用的陀螺仪是MEMS（微机电）陀螺仪，它精度并不如前面说到的光纤和激光陀螺仪，需要参考其他传感器的数据才能实现功能，但其体积小、功耗低、易于数字化和智能化，特别是成本低，易于批量生产，非常适合手机、汽车牵引控制系统、医疗器材这些需要大规模生产的设备。陀螺仪可以用于运动追踪和姿态识别，如体育训练、虚拟现实等领域。

当陀螺仪应用到车载导航上它的作用体现在：陀螺仪在上立交桥时更灵敏准确的识别，民用GPS的精度是无法识别上没上立交桥的，而陀螺仪却可测出车子是否向上移动了，从而能让导航软件及时的修改导航路线。依靠GPS卫星的信号导航和陀螺仪的惯性导航，有效提高了导航精确度，即使在失去GPS信号后，系统仍能通过自主推算来继续导航，为车主提供准确的行驶指示。且而陀螺仪能够在方向和速度改变的瞬间即时测出，从而能让导航软件及时的修改导航路线。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。黑龙江车载惯导

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。黑龙江车载惯导

单自由度陀螺仪给陀螺增加了一个自由度，共有两个自由度。单自由度陀螺仪模型如图3所示，x、y、z分别为陀螺仪的三个周，x方向没有自由度。转子飞速转动的动量H沿z轴方向。当基座绕z轴转动或y轴转动时，由于内框架具有隔离运动作用，转子不会随着基座的转动而转动。当基座绕x轴转动时，内框架轴有一对力F作用在内框架轴的两端，形成力矩M_x，方向沿x轴方向。由于陀螺仪没有该方向的转动自由度，力矩M_x使陀螺仪绕内框架进动，沿y轴方向。总之，单自由度陀螺仪可敏感缺少自由度方向的角速度。黑龙江车载惯导