飞机陀螺仪工作原理(英文版)
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陀螺仪测量角速度原理
陀螺仪测量角速度原理
陀螺仪测量角速度原理
1． 陀螺仪基本原理
陀螺仪是一种能够测量角速度（Angular velocity）的传感器，它是模拟质量配重陀螺的原理，以克服重力和摩擦力而持续旋转的设备，又叫作陀螺稳定剂（Gyro stabilizer）。
假设把一个质量配重陀螺放在水平的平台上，它会维持一定方向。
但是当它偏离水平平台时，就会以自身旋转的方向，使它的质量配重沿着陀螺轴旋转，该质量配重的旋转角速度就等于质量配重陀螺的角度变化速率。
2． 工作原理
现代的陀螺仪使用接近传感器的原理，例如电位差放大器，来测量角度变化速率的变化。
在一个陀螺仪的质量配重陀螺中，有一个电极（electrode），当陀螺轴旋转的时候，该电极沿着质量配重陀螺中心轴的方向旋转，这个旋转的电极会产生一个电位差（potential difference），这就是陀螺仪的输出信号。
3． 优点与缺点
优点：
1）可以测量微小的角度变化速率；
2）稳定性高；
3）可以测量更大的范围；
4）响应快速；
5）易于使用和安装；
6）产生少量噪声。
缺点：
1）价格较为昂贵；
2）有时会受到外部的干扰；
3）会受到温度变化的影响；
4）容易受到摩擦、磨损的影响； 5）可能会出现漂移。
飞机姿态仪工作原理
飞机姿态仪工作原理你有没有想过飞机在天上飞的时候，飞行员是怎么知道飞机的姿态的呢？这就不得不提到一个超酷的小玩意儿——飞机姿态仪啦。
姿态仪就像是飞机的“姿态管家”。
它呀，主要是靠一些超级聪明的物理原理在工作哦。
你看，姿态仪里面有个像小地球一样的东西，这个小地球其实是一个陀螺仪。
这个陀螺仪可厉害了，就像一个超级固执的小陀螺。
一旦它开始旋转起来，就会一直保持在它原来的方向上，不管飞机怎么晃悠，它都不太愿意改变自己的方向呢。
这就好比你在玩那种旋转的小玩具，它转起来的时候，就会稳稳地保持自己的状态。
飞机姿态仪就是利用了陀螺仪的这个特性。
当飞机倾斜的时候，这个小陀螺仪可不会跟着飞机一起歪歪扭扭的。
比如说，飞机向左倾斜了，那相对于这个“倔强”的陀螺仪来说，就好像整个世界都向右歪了。
然后呢，姿态仪就会根据这个差别，告诉飞行员飞机现在是向左倾斜了，倾斜的角度大概是多少。
这就像是陀螺仪在跟飞行员悄悄说：“兄弟，飞机往左歪啦，你得注意点哦。
”而且呀，姿态仪还能知道飞机的俯仰状态呢。
啥是俯仰呢？简单说就是飞机的机头是抬起来还是低下去了。
这时候呀，陀螺仪也在发挥它的神奇作用。
如果飞机的机头抬起来了，那对于陀螺仪来说，就好像是下面的东西往后跑了。
姿态仪就能敏锐地捕捉到这个变化，然后在仪表盘上显示出来。
这就像是飞机在给飞行员做鬼脸，而姿态仪就是那个翻译官，把飞机的这个“鬼脸”的意思告诉飞行员。
除了陀螺仪，姿态仪里面还有一些其他的小部件在帮忙呢。
比如说有一些传感器，它们就像是姿态仪的小助手。
这些传感器可以感受到飞机的加速度啊，角速度啊之类的东西。
就像我们的小耳朵能听到声音一样，这些传感器能“听到”飞机的各种状态变化。
它们把这些信息传递给姿态仪的大脑——那个处理数据的小芯片。
这个小芯片就像一个超级聪明的小魔法师，它把传感器传来的信息和陀螺仪的信息综合起来，然后在仪表盘上画出一幅超级准确的飞机姿态图。
你想啊，飞机在天上飞的时候，周围都是蓝天白云或者是黑咕隆咚的夜空。
北大航空航天概论陀螺仪
二、信号传感器
陀螺仪传感器是一个简单易用的基于自由空间移动和手势的定位和控制系统。 用来感测和维持方向的装置，它是航空、航海及太空导航系统中判断方位的 主要依据，并且在汽车安全，航模，望远镜等领域广泛应用。主要检测空间 某些相位的倾角变化、位置变化，主要用于空间物理领域，特别在航空、航 海方面有较多的用途，如：飞机上的陀螺仪，当飞机在做360°翻转的时候， 陀螺仪将会保持原始的基准状态不变，从而让驾驶员找到本飞机在空间状态 的相位变化，也就是：当时飞机处在什么相位。
⑤速率陀螺仪 用以直接测定运载器角速率的二自由度陀螺装置。把均衡陀螺仪的 外环固定在运载器上并令内环轴垂 直于要测量角速率的轴。当运载器连同外环以角 速度绕测量轴旋进时，陀螺力矩将迫使内环连同转子一起相对运载器旋进。陀螺仪 中有弹簧限制这个相对旋进，而内环的旋进角正比于弹簧的变形量。由平衡时的内 环旋进角即可求得陀螺力矩和运载器的角速率。积分陀螺仪与速率陀螺仪的不同处 只在于用线性阻尼器代替弹簧约束。当运载器作任意变速转动时，积分陀螺仪的输 出量是绕测量轴的转角（即角速度的积分）。以上两种陀螺仪在远距离测量系统或 自动控制、惯性导航平台中使用较多。
陀螺仪的原理：
根据牛顿第一运动定律，它会继续向左运动，但在陀螺仪的自转作用下又开始旋转， 如下图所示：
这种效应就是进动的成因。陀螺仪的不同部位在 同一点受力，但随后又转动到新的位置！当陀螺 仪顶端的部位向一侧转动90度时，会由于惯性而 继续保持向左运动的状态。底端的部位也是如 此——向一侧转动90度时，会由于惯性而继续保 持向右运动的状态。这些力沿进动方向转动车轮。 当标示的点继续转动的角度超过90度时，原来的 运动就停止了，于是陀螺仪的轴悬在空中并开始 进动。
④陀螺稳定器 20世纪初使用的施利克被动式稳定器实质上是一个装在船上的大型二自由度重力陀 螺仪，其转子轴铅直放置，框架轴平行于船的横轴。当船体侧摇时，陀螺力矩迫使 框架携带转子一起相对于船体旋进。这种摇摆式旋进引起另一个陀螺力矩，对船体 产生稳定作用。斯佩里主动式稳定器是在上述装置的基础上增加一个小型操纵陀螺 仪，其转子沿船横轴放置。一旦船体侧倾，小陀螺沿其铅直轴旋进，从而使主陀螺 仪框架轴上的控制马达及时开动，在该轴上施加与原陀螺力矩方向相同的主动力矩， 借以加强框架的旋进和由此旋进产生的对船体的稳定作用。
陀螺仪
学习直升机基础知识陀螺仪陀螺仪的功用直升机飞行的基本原理是利用主旋翼（main rotor，main blade，propeller）可变角度产生反向推力而上升，但对机身会产生扭力（torque force）作用，于是需要加设一个尾旋翼（tail）来抵消扭力，平衡机身，但怎样使尾旋翼利用合适的角度，来平衡机身呢？这就用到陀螺仪（gyro）了，它可以根据机身的摆动多少，自动作出补偿讯号给伺服器（servo），去改变尾旋翼角度，产生推力平衡机身。
以前，模型直升机是没有陀螺仪的，油门、主旋翼角度和尾旋翼角度很难配合，起动后便尽快往上空飞(因为飞行时较易控制)，如要悬停就要控制杆快速灵敏的动作，所以很容易撞毁，现在已有多中直升机模型使用的陀螺仪，分别有机械式、电子式、电子自动锁定式。
有下列几类:1. 机械式陀螺仪，较便宜的一种。
分一段及两段灵敏度调校的型号，耐震较弱。
2. 电子晶体震动陀螺仪(Piezzo)，效能较高，需配合特别舵机。
由於输出讯号较多，故耗电率高，价钱固然高一些啦。
3. 电子定向陀螺仪(Head Lock Gyro)，它的操作和平常的陀螺仪不同，方向性有极高表现。
操纵尾舵时需要小心，它需要作反向操纵才能回复直线飞行，即是一经操纵转舵，便继续转弯直至你作反向修正。
地面效应当直升机接近地面时会产生地面效应，直升机离地滞空时，旋翼把空气向下抽，因此旋翼和地面之间的空气密度变大，形成气垫效果，浮力会变佳，离地越近，效果越佳，但是因为空气被压缩，无处逸散而产生乱流，导致停悬的不稳定，所以R/C直升机在接近地面时会呈现不稳定现象而比较难控制，产生这种气垫效果的高度大约是旋翼面直径的一半左右。
反扭力高速转动的主旋翼，有一定的速度和质量，除了会产生陀螺效应外，更有反扭力的产生，尾旋翼主要的功用就是平衡反扭力使机身不自转，但现在的R/C 直升机均采用可变攻角形态，油门的加减，攻角的变化...等因素使得反扭力千变万化，尾旋翼产生的平衡力也要跟著快速变化，以保持机身的稳定，现在的R/C 直升机采用各种的措施来平衡瞬息万变的反扭力。
基于四旋翼飞行器的陀螺仪、加速度计、磁力计传感器说明
一什么是磁力计、加速度计和陀螺仪以及他们之间的区别1、什么是陀螺仪、加速度计和磁力计？（1）陀螺仪（Gyroscope、GYRO-Sensor）也叫地感器，三轴陀螺仪的工作原理是通过测量三维坐标系内陀螺转子的垂直轴与设备之间的夹角，并计算角速度，通过夹角和角速度来判别物体在三维空间的运动状态。
三轴陀螺仪可以同时测定上、下、左、右、前、后等6个方向（合成方向同样可分解为三轴坐标），最终可判断出设备的移动轨迹和加速度。
也就是说陀螺仪通过测量自身的旋转状态，判断出设备当前运动状态，是向前、向后、向上、向下、向左还是向右呢，是加速（角速度）还是减速（角速度）呢，都可以实现，但是要判断出设备的方位（东西南北），陀螺仪就没有办法。
（2）加速度计（Accelerometer、G-Sensor）也叫重力感应器，实际上是可以感知任意方向上的加速度（重力加速度则只是地表垂直方向加速度），加速度计测量组件在某个轴向的受力情况来得到结果，表现形式为轴向的加速度大小和方向（XYZ），这一点又有点类似于陀螺仪，但陀螺仪的更多关注自身旋转情况（原位运动），加速计则主要是测量设备的受力情况，也就是三轴运动情况，尽管加速计也可能在某个小范围换算出角速度的可能，但设计原理决定似乎更适合于空间运动判断。
（3）磁力计（Magnetic、M-Sensor）也叫地磁、磁感器，可用于测试磁场强度和方向，定位设备的方位，磁力计的原理跟指南针原理类似，可以测量出当前设备与东南西北四个方向上的夹角。
2、陀螺仪、加速度计和磁力计三个传感器强项（1）陀螺仪的强项在于测量设备自身的旋转运动。
（2）加速度计的强项在于检测设备的受力情况。
（3）磁力计的强项在于检测设备的方位。
3、具体作用：陀螺仪知道“我们转了个身”，加速计知道“我们又向前走了几米”，而磁力计则知道“我们是向西方向”的。
二问答（1）在飞行器中使用的磁力计、加速度计、陀螺仪等传感器在安装之前为什么要先校准？答案：由于一般传感器的精度会随着使用的时间和温度变化而变化，时间久了，传感器会有一定的零点漂移，这时候就要对它进行标定，将传感器在使用中或存储后进行的性能复测称为校准，其本质与标定是相同的。
陀螺仪原理2
陀螺仪原理1. 1.引言2. 2.陀螺效应：进动如果您玩过陀螺玩具，就知道它能表演各种各样有趣的绝技。
陀螺能在细线或手指上保持平衡；能以非常奇妙的方式抵制自转轴运动；但最有趣的陀螺效应还数进动。
这是陀螺仪抵抗重力的表现。
根据这一原理，回转的自行车轮能够像下图所示的那样悬在空中：陀螺仪“抵抗重力”的能力令人莫名惊诧！它是怎么做到的？这种神秘的效应就是“进动”。
一般情况下，进动的发生过程是：如果有一个陀螺仪正在旋转，而您施力转动它的自转轴，则陀螺仪反而会围绕与力轴成直角的轴转动，如下列图形所示：图1中，陀螺仪正围绕自己的轴旋转。
图2中，施力转动陀螺仪的自转轴。
图3中，陀螺仪沿着与输入力方向垂直的轴对输入力做出反应。
那么，为何会发生进动呢？3. 3.进动产生的原因陀螺仪为何会发生这种运动？自行车车轮的轮轴居然能像前面图形所示的那样悬在空中，看上去简直不可思议。
不过，只要想想陀螺仪在旋转时不同部位实际上都发生了什么，就会明白这种运动完全正常！让我们研究一下陀螺仪旋转时的两个小部位——顶端和底端，如图所示：向轮轴施力时，标示的两点会倾向于朝图中指示的方向运动。
如图所示，在向轮轴施力时，陀螺仪的顶端部位将试图向左运动，而底端部位则试图向右运动。
如果陀螺仪没有旋转，则车轮会倒下。
如果陀螺仪正在旋转，那么试想一下这两个部位都发生了什么：牛顿第一运动定律指出，运动中的物体会持续沿直线匀速运动，直到受到不平衡力的作用为止。
因此，陀螺仪顶点受施加到轮轴的力的作用，开始向左运动。
根据牛顿第一运动定律，它会继续向左运动，但在陀螺仪的自转作用下又开始旋转，如下图所示：两个点一边旋转，一边继续原来的运动。
这种效应就是进动的成因。
陀螺仪的不同部位在同一点受力，但随后又转动到新的位置！当陀螺仪顶端的部位向一侧转动90度时，会由于惯性而继续保持向左运动的状态。
底端的部位也是如此——向一侧转动90度时，会由于惯性而继续保持向右运动的状态。
陀螺仪工作原理1
速n为
n 60N zt
式中，z为旋转体每转一转传感器发出旳电脉冲信 号数；t为采样时间(s)。
时基电路旳功能是提供时间基准(又称为时标)， 它由晶体振荡器和分频器电路构成。振荡器输出 旳原则频率信号经放大整形和分频后，产生出以 脉冲宽度形式表达旳时间基准，
两根弹簧应调整得使主轴在起始位置时，弹 簧作用于框架上旳力矩为零。X轴称为输出 轴，因为具有角速度旳壳体将引起框架绕X 轴转动。
当转子高速旋转时，壳体以角速度 绕Y轴 转动。根据二自由度陀螺特征，将产生陀螺 力矩Mg，使H以最短途径向 运动，从而将 使转子轴昂首向上转动，主轴将偏离起始位 置Z0轴。当框架绕X轴转动时，弹簧将产生 弹性力矩My对抗陀螺力矩Mg。只有在陀螺 力矩和弹性力矩以及框架转动而引起旳摩擦 力矩Mf相平衡时，框架停止转动。这时框 架运动旳角 就反应了壳体Y轴转动旳角速 度 。
光束切断法检测速度适合于定尺寸材料旳速度 检测。这是一种非接触式测量，测量精度较高。 图2所示它是由两个固定距离为L旳检测器实现速 度检测旳。检测器由光源和光接受元件构成。被测 物体以速度v行进时，它旳前端在经过第一种检测 器旳时刻，因为物体遮断光线而产生输出信号，由 这信号驱动脉冲计数器，计数器计数至物体到达第 二个检测器时刻．检测器发出停止脉冲计数。由检 测器间距L和计数脉冲旳周期T、个数N，可求出物 体旳行进速度。
v(cosθ1 +cosθ2) λi
其中 :
1为物体至光源方向与物体运动方向间的夹角;
2为物体至观察者方向与物体运动方向间的夹角
后向散射型多普勒测速原理
从入射光束方向看，后向散射是指接受散射光束 旳光电检测器位于被测物体背面，即与光源在 同一侧。激光器S发出光束垂直人射到运动体， 并在P点散射，散射光由光电检测器R接受。根 据多普勒效应检测多普勒频移，假如人射光与 散射光旳夹角为，则多普勒频移为：
陀螺仪原理
一、引言陀螺仪作为一种惯性测量器件，是惯性导航、惯性制导和惯性测量系统的核心部件，广泛应用于军事和民用领域。
传统的陀螺仪体积大、功耗高、易受干扰，稳定性较差，最近美国模拟器件公司推出了一种新型速率陀螺芯片ADXRS，它只有7mm×7mm×3mm大小，采用BGA-32封装技术，这种封装至少要比任何其他具有同类性能的陀螺仪小100倍，而且功耗为30mW，重量仅0.5g，能够很好的克服传统陀螺仪的缺点。
由ADXRS芯片组成的角速度检测陀螺仪能够准确的测量角速度，此外还可以利用该陀螺仪对角度进行测量，实验取得了良好的结果。
二、陀螺仪的原理和构造ADXRS系列陀螺仪是由美国模拟器件公司制造，采用集成微电子机械系统(iMEMS)专利工艺和BIMO S工艺的角速度传感器，内部同时集成有角速率传感器和信号处理电路。
与任何同类功能的陀螺仪相比，A DXRS系列陀螺仪具有尺寸小、功耗低、抗冲击和振动性好的优点。
1、科里奥利加速度ADXRS系列陀螺仪利用科里奥利(Coriolis)加速度来测量角速度，科里奥利效应原理如图1所示。
假设某人站在一个旋转平台的中心附近，他相对地面的速度用图1箭头的长度所示。
如果移动到平台外缘的某一点，他相对地面的速度会增加，如图1较长的箭头所示。
由径向速度引起的切向速度的速率增加，这就是科里奥利加速度。
设角速度为w科里奥利加速度的一半，另一般来自径向速度的改变，二者总和为2 wv旋转平台必须施加一个大小为2Mwv科里奥利加速度，并且该人将受到大小相等的反作用力。
的力来产生。
如果人的质量为M，该，平台半径为r，则切向速度为wr，如果以速度v沿径向r移动，将产生一个切向加速度wv，这仅是陀螺仪通过使用一种类似于人在一个旋转平台移出或移入的谐振质量元件，利用科里奥利效应来测量角速度。
图2示出了ADXRS系列陀螺仪完整的微机械结构，陀螺仪通过附着在谐振体上的电容检测元件测量谐振质量元件及其框架由于科里奥利效应产生的位移。
直升机陀螺仪原理
直升机陀螺仪原理一、引言直升机陀螺仪是一种用于控制直升机姿态的重要装置，它通过感知直升机的姿态变化，并根据原理进行反馈控制，从而使直升机保持平衡和稳定飞行。
本文将介绍直升机陀螺仪的原理及其应用。
二、陀螺仪的基本原理陀螺仪是利用陀螺效应来测量和感知物体的姿态变化的装置。
在直升机陀螺仪中，通常使用旋转的陀螺作为感知元件。
当直升机发生姿态变化时，陀螺会受到力的作用而产生偏转，通过测量陀螺的偏转角度，可以得知直升机的姿态变化情况。
三、陀螺仪的工作原理直升机陀螺仪的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 陀螺的安装和校准：陀螺通常安装在直升机的特定位置，以确保能够准确感知直升机的姿态变化。
在安装完成后，需要进行校准，以消除任何偏差和误差。
2. 陀螺的旋转：陀螺仪中的陀螺会以高速旋转，通常使用电机或气流驱动。
旋转的陀螺具有惯性，即在没有外力作用下，会保持自身的旋转方向和速度。
3. 陀螺的姿态感知：当直升机发生姿态变化时，陀螺会受到力的作用而产生偏转。
这是因为陀螺具有惯性，当直升机发生倾斜时，陀螺的旋转轴也会发生偏转。
4. 偏转角度的测量：通过陀螺仪中的传感器，可以测量陀螺的偏转角度。
这些传感器可以是基于光电效应、电容效应或其他原理的装置，用于将陀螺的偏转转化为电信号。
5. 姿态控制系统的反馈：测量到的偏转角度会通过反馈回路传输到姿态控制系统中。
姿态控制系统会根据陀螺的偏转角度来调整直升机的控制面，以使直升机恢复平衡和稳定飞行。
四、直升机陀螺仪的应用直升机陀螺仪主要应用于直升机的自动驾驶系统和稳定控制系统中。
通过感知直升机的姿态变化，陀螺仪能够提供准确的姿态数据，帮助自动驾驶系统进行航向控制、高度控制和稳定飞行。
直升机陀螺仪还可以用于提高直升机的飞行精度和稳定性。
在飞行中，直升机会受到风力、气流和操纵输入等外界因素的影响，导致姿态的变化。
陀螺仪可以感知这些变化，并通过姿态控制系统进行调整，使得直升机能够保持平衡和稳定飞行。
ahrs原理
ahrs原理AHRS原理是指姿态和航向参考系统（Attitude and Heading Reference System）。
它是一种集成传感器和算法的系统，用于测量和跟踪飞行器、船舶、车辆等物体的姿态和航向信息。
AHRS主要由三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计组成。
AHRS的工作原理是通过三轴加速度计、陀螺仪和磁力计测量物体在空间中的加速度、角速度和磁场强度，并利用算法进行数据融合和姿态解算。
其中，加速度计测量物体的线性加速度，陀螺仪测量物体的角速度，磁力计测量物体所处的磁场强度。
在AHRS系统中，加速度计是用来测量物体的线性加速度的传感器。
它可以通过测量物体所受的惯性力来间接测量物体的加速度。
加速度计的工作原理是利用质量块的惯性来测量加速度。
当物体加速度发生变化时，质量块会受到相应的力作用，通过测量受力的变化可以计算出物体的加速度。
陀螺仪是用来测量物体的角速度的传感器。
它可以测量物体绕三个轴向的旋转速度。
陀螺仪的工作原理是利用物体的角动量守恒定律。
当物体发生旋转时，陀螺仪会受到相应的力作用，通过测量受力的变化可以计算出物体的角速度。
磁力计是用来测量物体所处的磁场强度的传感器。
它可以通过测量地球的磁场来确定物体的航向信息。
磁力计的工作原理是利用物体所受的磁场力来测量磁场强度。
当物体所处的磁场发生变化时，磁力计会受到相应的力作用，通过测量受力的变化可以计算出物体所处的磁场强度。
AHRS系统通过将加速度计、陀螺仪和磁力计的测量数据进行数据融合和姿态解算，可以实时地计算出物体的姿态和航向信息。
数据融合是指将多个传感器的测量数据进行融合，以提高系统的精度和鲁棒性。
姿态解算是指根据传感器的测量数据计算物体的姿态和航向信息。
常用的姿态解算算法有卡尔曼滤波算法和四元数算法。
AHRS系统广泛应用于航空、航天、航海、船舶、汽车、机器人等领域。
在飞行器中，AHRS系统可以用来测量和跟踪飞机、直升机、无人机等的姿态和航向信息，以实现飞行器的导航、自动控制和姿态稳定等功能。