陀螺仪是大多数产品中使用的传感器类型之一。 惯性导航系统. 大多数惯性导航系统中使用的其他传感器类型之一是 加速计陀螺仪是测量直线运动的好帮手,但它们不擅长测量旋转运动--这就是陀螺仪的作用。陀螺仪根本不关心直线运动,只关心旋转。当描述不同的惯性导航系统时,"陀螺"一词可能意味着不同的东西,这取决于所描述的系统类型。
在传统意义上,陀螺仪采用一个或多个旋转转子,该转子保持在万向架中或悬挂在其他系统中,该系统旨在将其与外部扭矩隔离。 这种陀螺仪之所以起作用,是因为一旦转子旋转,它便希望保持其轴或旋转。 换句话说,如果您通过陀螺仪的旋转轴投影一条线,则无论您如何尝试扭曲和旋转陀螺仪,投影线将始终指向同一点。 显然,如果您可以对其施加扭矩,则可能会使陀螺仪移动,而采用万向节就是要防止这种运动。
万向节使用多个彼此垂直安装的同心环,这些同心环通过正交排列的枢轴连接。假设环没有在万向节中死锁,这种设计可使陀螺仪在三轴中自由旋转。当两个轴对齐时,万向节发生死锁。在这种状态下,万向节具有两个自由度,而不是三个,因此在某个方向上施加的外部扭矩可能会影响旋转轴。
由于陀螺仪的转子希望保持其初始旋转轴,因此可以将传感器安装到万向节上,以测量其连接的外部框架的相对方向变化。这样一来,就可以保持外部框架相对于陀螺轴线的方向变化情况。左图就说明了这一点。
绑带式导航仪中使用的陀螺仪,不存在万向节锁定的问题。这是因为它们不是传统意义上的陀螺仪。相反,它们是测量角速度的MEMS设备--通常以°/s为单位(说:每秒度)。因此,无论MEMS陀螺仪指向哪个方向,只要它没有围绕测量轴旋转,就会输出0°/s的数值。但是,如果陀螺仪围绕测量轴旋转,每转一圈要花一秒钟的时间,它的输出值就会达到360°/s。
这将是正的或负的,取决于旋转的方向。
MEMS角速率传感器
MEMS(微机电系统)陀螺仪有许多形状和尺寸。这种角速率传感器的测量轴用红色箭头表示。沿着箭头的方向旋转会给出一个正值,而相反的方向则给出一个负值。线性运动不被记录。
角度率传感器(陀螺仪)测量角度率,单位是o/s(每秒度数),它们不"测量"方向。它们不"测量"方向。尽管你可以使用它们的测量结果来计算出传感器所面对的方向,如果你知道它开始面对的方向。这个传感器和左边的那个传感器的读数都是0 o/s。
该传感器正在向右旋转,将产生一个正值。测量输出取决于它旋转的速度--数字越大,旋转的速度越快。如果传感器在0.5秒内看到的平均值为90 o/s,我们可以计算出传感器顺时针旋转了45o。
通过在三个相互垂直的轴上安装三个陀螺仪,可以跟踪物体在三维空间中的方向。当与加速度计相结合时,就可以跟踪物体的相对位置、方向和速度--只要我们知道起始位置,就可以计算出当前位置。
从中可以看到,就像加速度计一样,陀螺仪本身不会告诉 INS 它的方向。首次通电时,陀螺仪只知道其旋转速度有多快。INS 的工作是跟踪所有这些测量。因此,如果 INS 在绕 z 轴的 0.25 秒内看到 360°/s 的平均速度,它就知道无论指向哪个方向开始,它现在都旋转了 90° (360°/s÷ 0.25 s = 90°)。当然,如果 INS 在运动之前就知道它是朝北的,并且还知道正陀螺值表示顺时针旋转,那么它可以很容易地算出它现在朝东。
正如使用三个加速度计是正常的一样,INS 中包含三个陀螺仪也是正常的,它们用于测量围绕三个相互垂直的轴的旋转。通过这种方式,INS可以测量其在三维空间中的方向。它使用一种称为 死算.