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陀螺仪检验方法陀螺仪是一种广泛应用于航空航天、导航系统、惯性导航等领域的传感器，用于测量角速度和角度变化。
它的工作原理是通过感应旋转的力矩来检测物体的转动。
由于其在各个领域的重要性，对陀螺仪的准确性和可靠性的检验显得尤为重要。
下面我们将介绍一些常见的陀螺仪的检验方法。
1.环境温度测试：陀螺仪的性能受环境温度变化的影响较大，因此在检验之前需要对其在不同温度下的性能进行测试。
一种常见的方法是将陀螺仪放置在恒温箱中，通过逐步提高温度或降低温度来模拟不同的工作温度，然后对陀螺仪的输出进行监测和记录，以评估其温度稳定性和性能。
2.角速度精度测试：陀螺仪的主要功能是测量角速度，因此角速度精度是其最重要的指标之一。
通常采用基准陀螺仪或精密加速度计作为参考，将待检验陀螺仪与参考仪器同时连接在同一测试平台上，并进行角速度输入。
通过比较待检验陀螺仪和参考仪器的输出，计算其误差，来评估陀螺仪的角速度精度。
3.初始校准误差测试：陀螺仪的初始校准误差是指在其初始启动时由于制造或安装原因引起的误差。
为了准确测量角度变化，陀螺仪的初始校准非常重要。
常见的测试方法是将陀螺仪安装在一个可以自由转动的平台上，然后对其进行起动和停止操作，并记录其输出值。
通过分析输出值的变化，可以评估陀螺仪的初始校准误差。
4.动态性能测试：陀螺仪在实际应用中往往需要承受各种复杂的运动和振动，在这些情况下，其动态性能是一个关键指标。
常见的方法是将陀螺仪安装在机械臂或转台上，通过控制机械臂或转台的运动来产生特定的加速度和角速度输入，然后记录陀螺仪的输出。
通过分析输出和输入之间的差异，可以评估陀螺仪的动态性能。
5.稳定性和重复性测试：陀螺仪的稳定性和重复性是指其在多次测量中输出值的一致性。
为了测试陀螺仪的稳定性和重复性，常见的方法是对同一角度或角速度进行多次测量，并计算其平均值和标准偏差。
通过分析平均值和标准偏差的变化，可以评估陀螺仪的稳定性和重复性。
综上所述，陀螺仪的检验方法包括环境温度测试、角速度精度测试、初始校准误差测试、动态性能测试以及稳定性和重复性测试。
数字闭环全保偏干涉型光纤陀螺一． 实验目的刚体的定轴转动是大学物理中的重要教学内容。
学生学习了这部分内容之后，都知道陀螺仪由于其定向作用而用于飞机导航系统。
但学生往往以为现代飞行器上的陀螺仪都是这种传统的机械陀螺仪。
实际上，光纤陀螺已成功地用于航空、航天等领域，是近20年发展较快的一种陀螺仪。
光纤陀螺演示可以使学生开阔眼界，提高综合运用知识的能力。
二．实验原理光纤陀螺仪都是根据萨格纳克效应研制的。
光在萨格纳克效应中产生的光程差与旋转角速度成正比，从而可通过光的干涉结果推算角速度。
图1为萨格纳克效应示意图。
设光纤线圈半径为R ，光源和探测器均置于A 处。
图1（a ）中，装置相对惯性空间处于静止状态，从A 点发出的两束光沿顺时针（CW ）、逆时针（CCW ）两个方向，经2πR回到A 点，两束光的光程差为零。
图1（b ）中，装置相对惯性空间以角速度Ω沿顺时针转动，当从A 点发出的两束光沿顺时针（CW ）、逆时针（CCW ）两个方向传播时，A 点也沿顺时针移动。
因而当A 点移到A’点，探测器探测到的两束光的光程差不再为零，顺时针传播的光是从后面追上A 点的，其经过的路程大于2πR ，逆时针传播的光是迎向A 点的，其经过的路程小于2πR 。
两束光产生一非互易光程差。
若光在真空中传播，设顺时针、逆时针两束光光程分别为L CW 、 L CCW ，所需时间分别为t CW 、t CCW ，c c c ccw cw ==为真空中的光速，则[1]：ccw ccw ccw ccw cwcw cw cw t c t R R L t c t R R L =-==+=ΩπΩπ22 (1)解得时间差为 22422)(22c A c R R c c c c R Rt t t ccw cw ccw cw ccw cw ΩΩπΩπ∆==⋅--=-= …………（2） 上式中，A 为圆形光路所围的面积。
必须说明，以上推导仅仅是一种简单化的推导，是低速运动的近似。
光纤陀螺仪测试方法1 范围本标准规定了作为姿态控制系统、角位移测量系统和角速度测量系统中敏感器使用的单轴干涉性光纤陀螺仪（以下简称光纤陀螺仪）的性能测试方法。
2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注目期的引用文件，其随后所有的修改单（不包含勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB 321-1980 优先数和优先系数CB 998 低压电器基本实验方法GJB 585A-1998 惯性技术术语GJB 151 军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求3 术语、定义和符号GJB 585A-1998确立的以及下列术语、定义和符号适用于本标准。
3.1 术语和定义3.1.1 干涉型光纤陀螺仪 interferometric fiber optic gyroscope仪萨格奈克（Sagnac）效应为基础，由光纤环圈构成的干涉仪型角速度测量装置。
当绕其光纤环圈等效平面的垂线旋转时，在环圈中以相反方向传输出的两束相干光间产生相位差，其大小正比于该装置相对于惯性空间的旋转角速度，通过检测输出光干涉强度即反映出角速度的变化。
3.1.2 陀螺输入轴 input axis of gyro垂直于光纤环圈等效平面的轴。
当光纤陀螺仪绕该轴有旋转角速度输入时，产生光纤环圈相对于惯性空间输入角速度的输出信号。
3.1.3 标度因数非线性度 scale factor nonlinearity在输入角速度范围内，光纤陀螺仪输出量相对于最小二乘法拟合直线的最大偏差值与最大输出量之比。
3.1.4 零偏稳定性 bias stability当输入角速度为零时，衡量光纤陀螺仪输出量围绕其均值的离散程度。
以规定时间内输出量的标准偏差相应的等效输入角速度表示，也可称为零漂。
3.1.5 零偏重复性 bias repeatability在同样条件下及规定间隔时间内，多次通电过程中，光纤陀螺仪零偏相对其均值的离散程度。
光纤陀螺仪测试规范1范围本方案规范了光纤陀螺的技术要求、质量保证和交货准备等方面的要求，以及相应的测试条件、测试项目、测试方法、测试程序，适用于在航海、航空、航天及陆用等惯性技术领域中应用的陀螺仪的设计、制造及检验。
2 测试条件与测试设备2.1测试条件2.1.1 环境条件2.1.1.1 大气条件标准大气条件如下:环境温度：23℃±2℃相对湿度：20%～80%大气压力：86KPa ~ 106KPa5 测试主要项目5.1.1 光纤陀螺在室温环境下性能a) 标度因数；b) 标度因数非线性度；c) 标度因数不对称度；d) 标度因数重复性。
5.1.2 零偏a) 零偏；b) 零偏稳定性；c) 零偏重复性（逐次、逐日）。
5.1.3 阈值5.1.4 随机游走系数5.2 振动环境性能5.3 冲击试验5.4 标度因数、零偏、零偏稳定性与环境温度项目综合测试a) 标度因数温度灵敏度；b) 零偏温度零敏度； c) 陀螺启动时间；d) 温度梯度对陀螺零偏的影响。
6 测试方法 6.1 标度因数 6.1.1 标度因数数值 6.1..1.1 测试设备a) 具有角度输出的速率位置转台（速率平稳度优于5×10-3，测量范围大于±0.001°/s ~ ±500°/s ）；b) 陀螺输出测试和记录装置； c) 陀螺测试专用工装夹具。
6.1.1.2 测试程序陀螺仪通过安装夹具固定在速率转台上。
在输入角速率范围内，按GB321规定的R5系列，适当圆整，均匀删除后选取输入角速率，在正转、反转方向输入角速率范围内，分别不能小于11个角速率档，包括最大输入角速率。
当速率平稳时进行测试。
程序如下：a) 转台加电，设定转台的转动角速度、速率值和转动方向，接通陀螺仪电源，预热一定时间。
转台输入角速率按从小到大的顺序改变，转台正转测试陀螺仪输出，停转；转台反转，测试陀螺仪输出停转；b) 设定采样间隔时间为1S 及采样次数，测试陀螺仪测试陀螺仪输出量，求得该输入角速率下陀螺仪输出的平均值； 6.1.1.3 计算方法设j F 为第j 个输入角速度时光纤陀螺仪输出的平均值，标度因数绝对值计算方法见公式:j F =1N1Njpp F=∑ (1)式中： j F —陀螺仪第P 个输出值，N —采样次数。
实验一 陀螺仪基本特性试验
一、 实验目的
1． 用实验的方法观察并验证陀螺仪的基本特性——定轴性，
进动性和陀螺力矩效应。
2． 学习使用陀螺实验用主要设备——转台。
3． 利用线性回归方法进行数据处理。
二、 实验设备
1． TZS-74陀螺仪表综合试验转台。
2． 双自由度陀螺仪。
3． 砝码。
4． 实验用电源：交流 220V，50~（转台用）36V，400~三相
电源。
三、 实验内容和步骤
（一） 定轴性实验
1. 陀螺马达不转时，开动转台，观察陀螺仪是否有定轴性。
2. 接通电源，几下陀螺转子的转速方向，开动转台观察转子转
动时陀螺仪的定轴性。
（二） 进动性实验
1. 外加力矩，观察进动现象。根据进动规律判断角动量H的方
向，并和上面记下的转速方向做一比较。
2. 测量进动角速度和外加力矩的关系：
（1） 在加力杆的前后标尺上分别加不同重量的砝码，记录进
动的角度与实践，列表并计算出对应于每一外加力矩的
进动角速度值，画出实验曲线。
（2） 根据进动规律xMH（HJ）计算出对应于每一外加
力矩的进动角速度，画出理论曲线。
（3） 将实验曲线与理论曲线进行比较并说明产生误差的原
因。
（4） 用线性回归的方法进行数据处理，并通过求回归系数的
方法求出角动量H的值。
3. 测量进动角速度和角动量的关系
在同一外力矩作用下，测量陀螺马达在额定转速下和断电一
分钟后的进动角速度（断电一分钟后马达转速低于额定转速）。
根据实验结果说明进动角速度和角动量的关系。
（三） 陀螺力矩实验
1. 开动转台，使双自由度陀螺仪基座转动，观察有无陀螺力矩
效应，并说明原因。
2. 观察双自由度陀螺仪在进动时的陀螺力矩效应。用手对内框
架加力矩，用手的感觉来测量陀螺力矩的大小和方向。说明
陀螺力矩产生的原因。
3. 拧紧固定外框架的螺钉。用手对内框架加力矩。观察此时转
子轴的运动方向。用手感觉此时对手是否有陀螺力矩作用，
加以分析。
4. 测量陀螺力矩和进动角速度的关系
为了达到测量陀螺力矩的目的，我们拧紧固定外框架的螺钉，
是陀螺仪成为单自由度陀螺仪。然后打开转台，是陀螺已跟
随着基座以相同的角速度进动，这是在内框轴上就受到一个
陀螺力矩，我们在加力杆上加砝码，便可在内框架轴上施加
重力力矩来平衡陀螺力矩。
（1） 转动转台，测量转台的角度和时间，并同时在加力杆上
加砝码平衡陀螺力矩。列表计算出陀螺力矩与进动角度
的关系，并画出试验曲线。
（2） 根据陀螺力矩公式计算陀螺力矩与进动角速度的关系，
并列表画出理论曲线。
（3） 将试验曲线与理论曲线进行比较，并说明产生误差的原
因。
（四） 观察章动现象
1. 用手在双自由度陀螺仪上施加冲击力矩，观察并记录章动现
象。
2. 关闭陀螺马达电源，等陀螺马达转速降低及停转后再用手在
陀螺仪上施加陀螺力矩，观察并记录陀螺仪的运动情况。
四、 实验现象与数据记录
1. 进动角速度和外加力矩的关系：
力臂/mm 旋转角/° 时间/s 砝码质量/g
82 10 4.3 10
85 10 2.1 20
85 40 3.6 50
92 40 3.3 50
102 50 3.6 50
92 40 7.9 20
2. 陀螺力矩和进动角速度的关系
角速度/（rad/s） 砝码质量/g 力臂/cm
6.6 20 11.6
15.9 50 11.2
2.9 20 5.7
4.9 20 8.7
9.7 50 6.7
7.7 20 13.2
五、 数据处理
1. 进动角速度和外加力矩的关系
由Excel处理数据并画图得：
角速度与力矩的关系为：
w=0.2623M+0.2068
又已知：
MH
则有：
H=21.84kg·m²/s
2. 陀螺力矩和进动角速度的关系
由Excel处理数据并画图得
y = 2.623x + 0.206
R² = 0.998
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0123456
角速度
角速度
线性(角速度)
力矩与角速度关系为：
M=0.3245w+0.174
又已知：
MH
则有：
H=18.62kg·m²/s
六、 误差分析
误差主要出现在测量过程中，例如在陀螺力矩和进动角速度的关
系实验中，很难保持尺子水平，只能近似取值。在进动角速度与外加
力矩关系实验中，读数也会有较大误差。
此外，误差出现在实验仪器上，比如由于陀螺电机已经老旧了，
在额定电压下的陀螺转速与额定转速有一定差距等。
y = 0.324x + 0.174
R² = 0.998
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
024681012
陀螺力矩
陀螺力矩
线性(陀螺力矩)
七、 实验思考题
单自由度陀螺以转自是否有定轴性？为什么？陀螺转子具有
定轴性的条件是什么？
答：单自由度陀螺以转自有定轴性，因为其转子在高速旋转。
具有定轴性的条件是陀螺转子高速旋转。
陀螺力矩产生的原因是什么？陀螺力矩作用在什么地方？
答：陀螺力矩产生原因是科里奥利效应。作用在陀螺的支架上。
章动现象揭示出陀螺仪的什么特性？
答：定轴性。
