文档介绍：陀螺仪在导航中的应用及其比较
姜
璐
女 博士生/ 讲师
硕士/ 高级工程师教 授
哈尔滨工程大学自动化学院 150001
青岛海军潜艇学院266071
青岛海军潜艇学院 266071
于远治
吉春生
摘 要 论述了常用的几种陀螺仪应用情况及在导航中的地位,主要对静电陀螺、光学陀螺、
微机械陀螺的原理、性能和使用范围进行了比较及分析,并介绍了几种新型陀螺仪的工作原理及应
用前景。
关键词 仪器仪表技术 陀螺仪 光学陀螺
中图分类号 U 666 . 151
微机械陀螺
1 . 1 超高精度陀螺仪
超高精度陀螺仪指精度在 10 - 6 °/ h ~ 5
引
言
0
×
10 - 4 °/ h 范围内的陀螺仪, 主要包括静电陀螺、磁
浮陀螺和液浮陀螺。目前最高精度的陀螺仪是静电陀螺仪,这种陀
螺的精度还有进一步提高的潜力,至少在未来一个阶段还将占据领先地位。
液浮陀螺在导航中已得到最广泛的应用,如在舰船的陀螺罗经和惯性导航系统。液浮陀螺在今后几
年还将继续发挥作用,这是因为液浮陀螺已建立良好的加工工艺,并形成了一定的生产基础。不过就目前
的现状来看,再投入人力物力去研制新的液浮陀螺已没有必要,这是因为进一步提高液浮陀螺的精度已很困难,并且现在已经有高精度的静电陀螺。
磁浮陀螺的研制已有三十多年历史,但没有得
到广泛使用,这是因为在超高精度方面静电陀螺更具优势,而在中、高精度方面的应用液浮陀螺又长期
占主导地位。所以说精度接近 10 - 4 °/ h 的磁浮陀
螺只能在一些特定的领域得到使用,此外它的使用还要受成本因素的制约。俄罗斯研制一种球形磁浮
陀螺,采用球形磁悬浮转子,在高真空下高速旋转,
其工作原理类似于静电陀螺,但它靠的是电磁力作为支承。由于采用低廉的电磁材料及简便的生产过
程,并进行自动化生产,故价格较低。同价格昂贵的
静电陀螺相比具有性价比的优势。球形磁浮陀螺应用在半解析式惯性导航系统中,体积小精度高,其缺
点是过载能力低,启动时间长,只能适用于航海上。静电陀螺是利用静电力支承使球形转子在超高
真空的环境下高速旋转的一种自由转子陀螺仪。转
自陀螺仪问世,因其独特的性能,广泛地应用于
航海、航空、航天以及国民经济等领域。陀螺及其相关技术一直是各国重点发展的技术之一,发展十分
迅速。迄今为止,陀螺仪从传统的刚体转子陀螺仪
到新型的固态陀螺仪,种类十分繁多。液浮陀螺、静电陀螺和动力调谐陀螺是技术成熟的三种刚体转子陀螺仪,达到了精密仪器领域内的高技术水平。随
着光电技术、微米/ 纳米技术的发展,新型陀螺仪如激光陀螺、光纤陀螺和微机械陀螺应运而生。它们都是广义上的陀螺仪,是根据近代物理学原理制成的具有陀螺效应的传感器。因其无活动部件,称为固态陀螺仪。这种新型全固态的陀螺仪将成为未来
的主导产品,具有广泛的发展前途和应用前景。
陀螺仪的应用及比较
根据最近几年国内外的文献,目前常见几种陀螺的精度范围如图 1 描述:
1
图 1 陀螺的精度范围
从图 1 可以看出,陀螺精度的分布相差大约 8
个数量级,那么根据其精度范围可大致分为三部分:
球体,置于超高真空的陶瓷球腔内,球腔内壁经过金
属化处理后再开出沟槽,把球腔面分割成上下左右前后六个支承面,构成三对电极