动力调谐陀螺仪概要

第２章动力调谐陀螺仪原理及误差分析点，并选定Ｘ，ｙ，Ｚ三个坐标轴建立的坐标系Ｏｘｙｚ成为参考坐标系（简称参考系）。

质点Ｐ的位置即由（ｘ，Ｙ，ｚ）确定。

质点Ｐ在该参考系中的位置也可以利用矢量方法来描述，以位置矢量（简称位矢），表示，则有，＝订＋力＋庙（２—２—１）其中，“．，，膏分别表示空间的三个坐标方向上的单位矢量，称为坐标基矢。

通常把相对于观察者静止的参考系称为定参考系或静参考系，把相对于观察者运动的参考系称为动参考系，惯性定律（牛顿第一定律）成立的参考系称为惯性参考系，简称惯性系。

由于惯性定律指出：不受外力或所受外力的合力为零的物体将保持静止或作匀速直线运动，因此，通常把静止或保持匀速直线运动的参考系称为惯性系ａ必须指出，图２．１质点的位置矢量静止是一个相对概念，因为绝对静止的物体是不存在的。

２．２．２相对运动及科里奥利加速度物体相对于动参考系的运动称为相对运动，物体相对于静参考系的运动称为绝对运动，动参考系置。

相对于静参考系Ｋ的运动称为牵连运动。

动参考系世‘相对于静参考系置作任意方式的运动时，相对运动与绝对运动呈现比较复杂的关系。

即使Ｋ’系的原点Ｄ‘相对于足系静止，相对于ｘ’系静止的物体相对于足系也在作圆周运动，它不但有沿圆周切向的速度，还具有加速度。

假设动参考系足。

相对于静参考系置既有平动，还有绕通过其原点ｏ’的某根转轴转动，角速度矢量为∞，如图２．２所示。

对于某时刻位于空间的Ｐ点，其相对于足系的位矢为，，相对于Ｋ’系的位矢为，’，而丘’系的原点０１相对于芷系的位矢为＾，则，＝Ｌ＋ｒＩ（２—２—２）第２章动力调谐陀螺仪原理及误差分析其中Ｋ系的坐标用（２－２．１）式表示，量‘系的坐标为，’＝ｚ’ｆ’＋ｙ’－，Ｉ＋一詹’（２－２—３）其中，ｉ’，，’，ｋ’分别为动参考系Ｋ‘的坐标基矢。

图２．２动参考系作任意方式的运动ｏ’点在Ｋ系中的坐标为Ｉ＂ｏ＝Ｘｏｉ＋ｙＪ＋ｚｏｋ（２—２—４）在静参考系Ｋ中对时间的微商称为绝对微商，用导表示；在动参考系Ｋ１中对时问的微商称为相对微商，用昙表示。

动力调谐陀螺测井技术及应用动力调谐陀螺测井技术及应用,生产一线,蒋伟民约2948字摘要:本文介绍了一种目前国内外先进的陀螺测斜技术及现场应用情况。

该测井技术以动力调谐速率陀螺测量地球自转角速率分量;石英加速计测量地球加速度分量，经计算机计算可得出井筒的倾斜角、方位角、工具面角等参数。

通过对井筒不同深度的测量，即可得出井身轨迹曲线。

此项测井技术可用于井身轨迹复测、钻井定向和侧钻井开窗定向等。

胜利石油管理局现河采油厂应用此项技术进行复杂断块油藏及岩性油藏中井点校正，对于落实层系局部微高，分析油藏剩余油潜力和油水动态分布，挖掘油藏潜力，提高储量动用程度获得了较好的效果。

关键词:动力调谐陀螺;测井技术;应用1、引言在油田开采初期，由于测井技术落后，钻杆在地下的实际运行轨迹并不十分清楚，而且，井上测得的深度并非井的垂直深度，在打到预定“深度”时仍未发现出油，就会得出错误的“此地无油”的结论，造成废井。

另一方面，随着油田开发过程的不断延伸，地质报废和工程报废的油井越来越多，在石油资源日益枯竭的情况下，如何使报废井及老油井焕发出新的活力，同时在新油井开发过程中，如何为钻头走向提供正确的控制信息，提高油井的产出效益比，运用现代测井技术是一种必不可少的手段。

本文介绍的动力调谐陀螺测斜仪就是能在油田生产中起着开窗侧钻、打水平井的一种仪器，该仪器以测量地球自转角速率分量来确定空间某点方位，不受地磁的影响，由此可在井下通过陀螺测量出该开窗的方位，这样可在旧井、老井下按实际油层方向重新开窗，使旧井、老井得到二次开发，大大节省了人力、物力、财力，可应用于有磁性干扰的丛式井组、加密井和存在磁屏蔽的套管、油管、钻杆内进行井眼轨迹测量或定向钻井。

因此，该测井技术的推广应用将对加速石油天然气勘探和开发步伐有着极大的推动作用。

2、测井原理动力调谐陀螺测井技术的核心部件是惯性测量组件，包括一个动力调谐速率陀螺和两个石英加速度计。

动力调谐速率陀螺测量地球自转角速率分量;石英加速度计测量地球重力加速度分量。

动力调谐陀螺仪系统辨识方法田凌子;李醒飞;赵建远;王亚辉【摘要】针对动力调谐陀螺仪(DTG)系统辨识中,传统辨识方法(最小二乘类辨识法和频域辨识法)辨识拟合度不高的问题,提出去离群点频域辨识法.该方法结合DTG 模型结构特征和固有有色噪声特点,将去离群点思想应用于DTG模型的频域辨识.实验结果表明,去离群点频域辨识法的辨识效果优于最小二乘类辨识法和传统频域辨识法,辨识拟合度在90％以上,并且辨识结果重复性好,辨识算法稳定.在DTG系统辨识中,去离群点频域辨识法能够提高辨识拟合度.【期刊名称】《计算机应用》【年(卷),期】2014(034)012【总页数】5页(P3641-3645)【关键词】动力调谐陀螺仪;系统辨识;强有色噪声;频域辨识法;最小二乘类辨识法【作者】田凌子;李醒飞;赵建远;王亚辉【作者单位】天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津300072;精密测试技术及仪器国家重点实验室(天津大学),天津300072;天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津300072;精密测试技术及仪器国家重点实验室(天津大学),天津300072;天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津300072;精密测试技术及仪器国家重点实验室(天津大学),天津300072;天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津300072;精密测试技术及仪器国家重点实验室(天津大学),天津300072【正文语种】中文【中图分类】TP273;U666.120 引言陀螺仪作为惯性导航系统的核心部件，能够为载体提供精确的空间角位置信息［1-2］。

目前，能达到惯性级的中高精度陀螺仪仍多为工作在闭环条件下的机械式陀螺仪［3］，如液浮陀螺仪、动力调谐陀螺仪(Dynamically Tuned Gyroscope，DTG)等。

陀螺仪闭环系统在建立过程中，需要可靠的陀螺模型，以便调整控制器参数，保证整个闭环系统的性能。

传统的陀螺仪建模方法主要是机理建模［4］，然而由于陀螺仪系统结构复杂，机理建模需要忽略掉诸多因素，建模精度不高，也难以针对某个陀螺仪的实际情况进行具体分析，建模不具有普适性［4］。

（转）陀螺仪的结构原理以及种类简介陀螺仪（Gyroscope）是测定姿态用的一种仪表。

经典陀螺仪具有高速旋转的刚体转子，能够不依赖任何外界信息而测出、等运载体的姿态。

现代，陀螺仪这一名称已推广到没有刚体转子而功能与经典陀螺仪等同的仪表。

发展概况1852年法国科学家J.B.L.傅科制作了一套能显示地球转动的仪器,命名为陀螺仪陀螺仪于1914年开始作为惯性基准构成飞机的电动陀螺稳定装置。

从20年代起，陀螺仪广泛应用于各种运载体（如船舶、飞机等）上，成为各种运载体的自动控制、制导和导航系统中测定姿态、角速度、角加速度、方位的重要元件。

40年代，陀螺仪开始在早期导弹上作为制导系统的姿态基准。

但是直至50年代，陀螺仪在构造原理上改进不大，大体上仍沿袭傅科所制作的陀螺仪，测量精度不高。

50年代以后陆续出现陀螺仪转子的液浮、磁浮、动压气浮、静电悬浮以及挠性支承技术，使陀螺仪的构造得到很大改善，测量精度大大提高。

1975年激光陀螺仪研制成功，它不存在机械摩擦不受重力加速度的影响，承受振动的能力强，在飞机和导弹的惯性导航系统中得到广泛应用。

结构和组成陀螺仪一般由转子、内外环和基座组成（图1[ 陀螺仪结构]）。

通过轴承安装在内环上的转子作高速旋转。

内环通过轴承与外环相连，外环又通过轴承与运动物体（基座）相连。

转子相对于基座具有3个角运动自由度，因有三自由度陀螺仪之称。

但转子实际上只能绕内环轴和外环轴转动，因而近代又称之为双自由度陀螺仪。

它又因转子可自由转向任意方向而被称为自由转子陀螺仪。

陀螺仪的转子一般就是电动机的转子。

为了保证陀螺仪的性能良好，转子的角动量要尽可能大,为此电动机的转子放在定子的外部。

此外,为使转子的转速不变而用同步电机作为陀螺电机。

在控制系统中的陀螺仪应有输出姿态角信号的元件（角度传感器）。

图1 中陀螺仪的两个输出轴（内环轴和外环轴）上均装有这种元件。

为使陀螺仪工作于某种特定状态（如要求陀螺仪保持水平基准），在内环轴和外环轴上应装力矩器，以便对陀螺仪加以约束或修正。

(10)授权公告号 (45)授权公告日 2014.02.12C N 203432588U (21)申请号 201320520515.5(22)申请日 2013.08.23G01C 19/02(2006.01)(73)专利权人重庆天箭传感器有限公司地址400060 重庆市南岸区花园路街道金山路158号3单元(72)发明人许吉金 庞宝泉(74)专利代理机构重庆市前沿专利事务所(普通合伙) 50211代理人谭小容(54)实用新型名称动力调谐陀螺仪(57)摘要本实用新型公开了一种动力调谐陀螺仪，包括壳体、陀螺转子、挠性接头、信号器、力矩器、陀螺电机、信号放大器，壳体包括左盖、底座、右盖和右罩，陀螺电机位于底座与右盖之间的空腔内，陀螺电机的驱动轴穿过底座并通过挠性接头与陀螺转子连接，陀螺转子的右端面具有环形槽，信号器和力矩器分别固定在底座上，且信号器位于力矩器的内侧，力矩器的左端伸入到陀螺转子的环形槽内，陀螺转子、挠性接头、信号器与力矩器均位于底座与左盖之间的空腔内，信号放大器位于右盖与右罩之间的空腔内，且信号放大器分别与信号器、力矩器电连接。

将陀螺电机、陀螺转子、信号器、力矩器和信号放大器合理布局，并封装于壳体内，具有体积小，重量轻的优点。

(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书2页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书1页 说明书2页 附图1页(10)授权公告号CN 203432588 U1/1页1.一种动力调谐陀螺仪，包括壳体、陀螺转子(10)、挠性接头(9)、信号器(7)、力矩器(8)、陀螺电机(6)、信号放大器(5)，其特征在于：所述壳体包括从左到右依次连接的左盖(1)、底座(2)、右盖(3)和右罩(4)；所述陀螺电机(6)位于底座(2)与右盖(3)之间的空腔内，所述陀螺电机(6)的驱动轴(6a)穿过底座(2)并通过挠性接头(9)与陀螺转子(10)连接，所述陀螺转子(10)的右端面具有环形槽(10a)，所述信号器(7)和力矩器(8)分别固定在底座(2)上，且信号器(7)位于力矩器(8)的内侧，所述力矩器(8)的左端伸入到陀螺转子(10)的环形槽(10a)内，所述陀螺转子(10)、挠性接头(9)、信号器(7)与力矩器(8)均位于底座(2)与左盖(1)之间的空腔内，所述信号放大器(5)位于右盖(3)与右罩(4)之间的空腔内，且信号放大器(5)分别与信号器(7)、力矩器(8)电连接。

4.1 陀螺仪概述鱼雷控制系统的任务是根据战术指标对鱼雷的运动参数加以控制，使其按所要求的规律进行变化。

要实现对精度控制，就需要对鱼雷运动参数进行高精度的完整测量，因此对鱼雷运动参数的测量就成了实现与控制的前提件的作用就是对鱼雷的运动参数进行测量。

通常用航向陀螺测量航向角ψ，用垂直陀螺或摆式加速度计测量水平用单自由度速率陀螺测量，用压力传感器测量深度。

基于惯性敏感元件和实时计算技术的捷联式惯提供包括速度和位置信息在内的完整的鱼雷运动参数，是惯性技术在鱼雷上应用的新发展。

本章以陀螺仪为主，和惯性导航技术的基本概念，惯性敏感元件和压力传感器的原理，以及这些敏感元件在鱼雷上的应用技术。

4-1 陀螺仪概述所谓陀螺，从力学的角度讲是指绕自己的对称轴高速旋转的对称物体。

一个高速旋转的物体具有很大的角动现出出乎人们预料的，也是十分有趣的运动现象。

这些特性被人们用来感测角运动，则产生了陀螺仪这种装置。

供实用的陀螺仪，人们进行了长期探索，使陀螺仪技术不断发展，应用领域也愈来愈广。

今天，陀螺技术已发展成一个综合性的尖端领域，陀螺仪的精度有了极大的提高，除了传统的框架支承转子出现了许多新型陀螺，如液浮陀螺、静电陀螺、挠性陀螺、激光陀螺、光纤陀螺等。

以陀螺为核心的稳定平台和迅速广泛应用。

鱼雷控制是最早实现陀螺仪工程应用的领域之一。

早在1879年，鱼雷发展的初期，俄国科学家阿·什帕科夫用陀螺仪来控制鱼雷运动方向的设想。

但由于当时技术水平的局限，直到1894年才出现了第一种实用的工程方压缩弹簧驱动的陀螺仪，由于能量的限制，这种陀螺仪只能稳定地工作3～。

在发明了气动陀螺仪之后，向控制趋于成熟。

现代鱼雷的大航程、高机动性和精确制导技术的发展给陀螺仪技术提供了一个前景广阔的应用领域。

现代鱼向要用陀螺测量外，制导精度的要求使得必须对鱼雷的横滚和俯仰角加以控制，因此需采用垂直陀螺或加速度计角。

为了改善控制系统的稳定性和动态性能，通常采用了单自由度速率陀螺仪引入角速率反馈。

几种新型陀螺简介何传五北京控制工程研究所,北京100080摘　要　随着航空航天技术的发展,对惯性测量装置提出了更多的要求。

利用不同原理研制成的陀螺在各种领域均有不同应用。

本文仅就微机械陀螺、半球谐振陀螺、挠性陀螺、光纤陀螺的原理、结构及特性作一简介。

主题词　陀螺仪 3微机械陀螺 3半球谐振陀螺 动力调谐陀螺仪 纤维光学陀螺仪Brief I ntroduction to Several G yrosHe ChuanwuBeijing Institute of C ontrol Engineering,Beijing100080Abstract　More and more requirements for the inertial measurement units are presented withdovelopment o f the aerospace technology.Several gyros developed by different concepts are po-ssessed o f different application areas in aerospace.In the paper the operating principle,struc2ture and characteistics only for micromechanical gyro,hemispherical resonator gyro,dynami2cally tuned gyro and fiber2optic gyro are introduced briefly.Subject terms　Gyroscope 3Micromechamical gyro 3Hemispherical resonator gyroDynamically tuned gyro Fiber optic gyroscope1　微机械陀螺微机械陀螺是微电子与微机械组结合的微型振动陀螺。

陀螺仪简介及MEMS陀螺仪的误差分析什么是陀螺仪早在17世纪，在牛顿生活的年代，对于高速旋转刚体的力学问题已经有了比较深入的研究，奠定了机械框架式陀螺仪的理论基础。

1852年，法国物理学家傅科为了验证地球的自转，制造了最早的傅科陀螺仪，并正式提出了“陀螺”这个术语。

但是，由于当时制造工艺水平低，陀螺仪的误差很大，无法观察、验证地球的自转。

到了19世纪末20世纪初，电动机和滚珠轴承的发明，为制造高性能的陀螺仪提供了有力的物质条件。

同时，航海事业的发展推动陀螺仪进入了实用阶段。

在航海事业蓬勃发展的20世纪初期，德国探险家安休茨想乘潜艇到北极去探险，他于1904年制造出世界上第一个航海陀螺罗经，开辟了陀螺仪表在运动物体上指示方位的道路。

与此同时，德国科学家舒勒创造了“舒勒调谐理论”，这成为陀螺罗经和导航仪器的理论基础。

中国是世界文明发达最早的国家之一，在陀螺技术方面，我国也有很多发明创造。

比如在传统杂技艺术中表演的快速旋转的转碟节目，就是利用了高速旋转的刚体具有稳定性的特性。

在将高速旋转的刚体支承起来的万向架的应用方面，西汉末年，就有人创造了与现在万向支架原理完全相同的“卧褥香炉”。

这种香炉能“环转四周而炉体常平，可置被褥中”。

实际上是把这种香炉放在一个镂空的球内，用两个圆环架起来，利用互相垂直的转轴和香炉本身的质量，在球体做任意滚动时，香炉始终保持平稳，而不会倾洒。

随着航空事业的发展，到了20世纪30年代，航空气动陀螺地平仪、方向仪和转弯仪等已经被制造出来了。

在第二次世界大战末期，陀螺仪作为敏感元件被用于导弹的制导系统中。

特别是20世纪60年代以来，随着科学技术的发展，为了满足现代航空、航海特别是宇宙航行的新要求，相继出现了各种新型陀螺仪。

目前，陀螺仪正朝着超高精度、长寿命、小体积和低成本等方向发展。

那么，究竟什么是陀螺仪呢？传统的陀螺仪定义是：对称平衡的高速旋转刚体（指外力作用下没有形变的物体），用专门的悬挂装置支承起来，使旋转的刚体能绕着与自转轴不相重合（或不相平行）的另一条（或两条）轴转动的专门装置。