陀螺仪定轴性、进动性解析!MEMS陀螺仪是否能取代光纤陀螺仪?

今天，小编将在这篇文章中为大家带来角度测量器件陀螺仪的有关报道，通过阅读这篇文章，大家可以对陀螺仪具备清晰的认识，主要内容如下。

一、陀螺仪特性

陀螺仪被广泛用于航空、航天和航海领域。这是由于它的两个基本特性：一为定轴性(inertia or rigidity)，另一是进动性(precession)，这两种特性都是建立在角动量守恒的原则下。

(一)定轴性

当陀螺转子以高速旋转时，在没有任何外力矩作用在陀螺仪上时，陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向保持稳定不变，即指向一个固定的方向;同时反抗任何改变转子轴向的力量。这种物理现象称为陀螺仪的定轴性或稳定性。其稳定性随以下的物理量而改变：

1.转子的转动惯量愈大，稳定性愈好;

2.转子角速度愈大，稳定性愈好。

所谓的“转动惯量”，是描述刚体在转动中的惯性大小的物理量。当以相同的力矩分别作用于两个绕定轴转动的不同刚体时，它们所获得的角速度一般是不一样的，转动惯量大的刚体所获得的角速度小，也就是保持原有转动状态的惯性大;反之，转动惯量小的刚体所获得的角速度大，也就是保持原有转动状态的惯性小。

(二)进动性

当转子高速旋转时，若外力矩作用于外环轴，陀螺仪将绕内环轴转动;若外力矩作用于内环轴，陀螺仪将绕外环轴转动。其转动角速度方向与外力矩作用方向互相垂直。这种特性，叫做陀螺仪的进动性。进动角速度的方向取决于动量矩H的方向(与转子自转角速度矢量的方向一致)和外力矩M的方向，而且是自转角速度矢量以最短的路径追赶外力矩。如右图。

这可用右手定则判定。即伸直右手，大拇指与食指垂直，手指顺着自转轴的方向，手掌朝外力矩的正方向，然后手掌与4指弯曲握拳，则大拇指的方向就是进动角速度的方向。

进动角速度的大小取决于转子动量矩H的大小和外力矩M的大小,其计算式为进动角速度ω=M/H。

进动性的大小也有三个影响的因素：

1.外界作用力愈大，其进动角速度也愈大;

2.转子的转动惯量愈大，进动角速度愈小;

3.转子的角速度愈大，进动角速度愈小。

二、MEMS是否取代光纤陀螺仪技术

通过上面的介绍，想必大家对陀螺仪的两大特性已经具备了初步的认识。在这部分，我们主要来探讨一下，MEMS陀螺仪是否会取代光纤陀螺仪。

现代光纤陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。光纤陀螺是继激光陀螺巨大的进步，属于两光陀螺，利用Sagnac效应，用光程差反算角速度，相比激光陀螺，体积小，成本低，精度可达千分之一，而且没有活动部件，可靠性高，获得了广泛的应用。目前国内主要是北航和浙大两大派系，从业者约30多家，技术已经开放，大多数精度也就十分之一的样子，产业链已经向中西部转移，民工都可以干。但相比MEMS还是非常的贵，而且近千米的光纤绕成一坨，温度系数、可靠性、抗冲击、长储都有问题，而且MEMS目前的精度已经是10和开环光纤相当，并且已经向1进发，所以在一些低端和短时应用非常考验光纤从业者的粗大神经，而且MEMS小体积重量，低成本，芯片批量化，高可靠性等优势非常明显，但MEMS的精度10年内进入0.1有点困难，因此，在0.1到千分之一都可以是光纤的天下，短时间取代不了的。

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