1、精選優質文檔-傾情為你奉上陀螺儀的發展歷程以及現狀的文獻綜述摘要概述了陀螺的發展情況，論述了光纖、靜電陀螺等幾種現代陀螺的基本原理、分類以及其中一些國內外的研究現狀。關鍵詞光纖陀螺 靜電陀螺 激光陀螺 振動陀螺作者簡介：男，北京航空航天大學，本科生專心-專注-專業1.陀螺的發展簡史陀螺儀器最早是用于航海導航，但隨著科學技術的發展，它在航空和航天事業中也得到廣泛的應用。自1910年首次用于船載指北陀螺羅經以來，陀螺已有近100年的發展史，發展過程大致分為4個階段:第一階段是滾珠軸承支承陀螺馬達和框架的陀螺；第二階段是20世紀40年代末到50年代初發展起來的液浮和氣浮陀螺；第三階段是20世紀60年

2、代以后發展起來的干式動力撓性支承的轉子陀螺；目前陀螺的發展已進入第四個階段，即靜電陀螺、激光陀螺、光纖陀螺和振動陀螺。2.光纖陀螺光纖陀螺(FOG)是一種利用薩格奈克(Sagnac)效應測量旋轉角速率的新型全固態慣性儀表。自從1976年Vali和Shoahil首次提出光纖陀螺的概念以來，引起了國內外人們極大的重視和強烈的興趣，由于光纖陀螺與機電陀螺或激光陀螺相比有一系列優點，諸如體積小，質量輕，成本低等，特別引起海、陸、空三軍的高度重視。在這短短的20多年里，光纖陀螺得到了很大的發展。國外中、低精度光纖陀螺已經產業化，高精度的光纖陀螺的開發和研制也正逐步走向成熟。美國Honeywell公司的保

3、偏型光纖陀螺的零偏穩定性已經達到000038°h，是目前報道的最高精度的光纖陀螺，擬用于潛艇導航或深層空間飛行器。光纖陀螺現已在航空航天、武器導航、機器人控制、石油鉆井及雷達等領域獲得了較為廣泛的應用。國內光纖陀螺儀研制水平已接近慣性導航系統的中、低精度要求，但大多數未到工程實用階段，也沒有可靠性數據。光纖陀螺儀屬于所謂“敏感技術”，在目前復雜的技術環境中，很難從他人那里得到更多的借鑒和參考，只有靠我們自力更生走符合。光纖陀螺采用的是Sagnac干涉原理，用光纖繞成環形光路并檢測出隨轉動而產生的反向旋轉的兩路激光束之間的相位差，由此計算出旋轉的角速度。光纖陀螺就原理與結構而言，可以將

4、其分為干涉式光纖陀螺、諧振腔光纖陀螺、布里淵光纖陀螺、鎖定模式光纖陀螺及Fabry2Perot光纖陀螺等5種；從檢測相位的方法看，也可將其分為開環光纖陀螺和閉環光纖陀螺兩類；從其構成方式，可分為相位差偏置式光纖陀螺、光外差式光纖陀螺及延時調制式光纖陀螺等等。3.靜電陀螺在宇宙航行中，對陀螺儀的精度要求很高，漂移誤差約為0.001(°)/h，或更高。靜電陀螺儀是能滿足這種要求的陀螺儀之一。靜電陀螺儀是利用靜電引力使金屬球形轉子懸浮起來，是自由轉子陀螺。其基本結構是一只金屬球形轉子，加上兩只碗形電極殼體，殼體外為陶瓷，內壁上固定6只金屬電極，將球形轉子放在對稱密封殼體內而形成陀螺組件。如

5、圖2所示。圖1靜電陀螺儀結構圖給電極充電后，只要沿空間相互垂直三個方向的靜電引力的合力，能與轉子本身的重力和慣性力相平衡，轉子就能浮起來。靜電懸浮必須在超真空(1.33×1010Pa)環境下才有可能實現，否則會擊穿放電，破壞靜電支承力。超真空使氣體阻力矩減小到最低限度，這樣起動后就能靠慣性長期運轉下去，可以運轉數月，甚至數年。靜電陀螺的支承系統可以給出轉子相對殼體的位移信號，這就有可能使陀螺兼起3個方向加速度計的作用，靈敏度為10g10g，這種多功能陀螺，只有靜電陀螺才能實現。4.激光陀螺激光陀螺實際上是一種環形激光器，沒有高速旋轉的機械轉子，但它利用激光技術測量物體相對于慣性空間的

6、角速度，具有速率陀螺儀的功能。激光陀螺儀的結構和工作是：用熱膨脹系數極小的材料制成三角形空腔。在空腔的各頂點分別安裝三塊反射鏡，形成閉合光路。腔體被抽成真空，充以氦氖氣，并裝設電極，形成激光發生器。激光發生器產生兩束射向相反的激光。當環形激光器處于靜止狀態時，兩束激光繞行一周的光程相等，因而頻率相同，兩個頻率之差（頻差）為零，干涉條紋為零。當環形激光器繞垂直于閉合光路平面的軸轉動時，與轉動方向一致的那束光的光程延長，波長增大，頻率降低；另一束光則相反，因而出現頻差，形成干涉條紋。單位時間的干涉條紋數正比于轉動角速度。激光陀螺的漂移率低達0.10.01度/時，可靠性高，不受線加速度等的影響，已在

7、飛行器的慣性導航中得到應用，是很有發展前途的新型陀螺儀。圖2激光陀螺結構圖1962年，美、英、法、前蘇聯開始研制用激光來作為方位測向器，稱之為激光陀螺儀，其原理是利用光程差來測量旋轉角速度(Sagnac效應)。目前世界上研制和生產激光陀螺及其系統的主要國家有美、英、德、法、日本和俄羅斯，其中美國和法國研制的水平最高，激光陀螺技術發展很成熟，并形成了二頻機抖、四頻差動、空間三軸、塞曼陀螺等不同類型的系列產品，目前已經達到最高水平的零漂值為000015°h，輸入速率動態范圍±1500°s，使用壽命20萬小時以上，輸入軸對準穩定度達到微弧量級。圖3 激光陀螺實用產品精度

8、性能5.振動陀螺機械陀螺儀微機械陀螺儀屬于微電子機械范疇，是一種振動式角速率傳感器，它按所用材料分為石英和硅振動粱兩類。硅微機械陀螺儀的結構常采用振梁結構、雙框架結構、平面對稱結構、橫向音叉結構、梳狀音叉結構、梁島結構等，用來產生參考振動的驅動方式有靜電驅動、壓電驅動和電磁驅動等，而檢測由科氏力帶來的附加振動的檢測方式有電容檢測、壓電檢測、壓阻檢測等。光學檢測也可用，但由于成本太高，因而沒有太大的適用價值。微機械陀螺儀根據驅動與檢測方式分為四種：靜電驅動，電容檢測；電磁驅動，電容檢測；電磁驅動，壓阻檢測；壓電驅動，電容檢測。其中靜電驅動、電容檢測的陀螺儀設計最為常見，并已有部分產品已研制成功。

9、就目前已研制成功的微機械陀螺儀來說，其結構有以下兩種：音叉式結構，它利剛線振動來產生陀螺效應：雙框架結構，它利用角振動來產生陀螺效應。雙框架角振動微機械陀螺儀研制較早，雖制作工藝簡單，但音義式線振動微機械陀螺儀的靈敏度優于雙框架角振動微機械陀螺儀。據了解我國某些機構對雙框架陀螺儀的研究已有一定成果，并對其靈敏度不高這一缺點在陀螺儀結構上進行了改進。美國德雷珀實驗室目前已研制出兩種陀螺儀，一種是哥氏振動微機械陀螺儀(cvG)，另一種是音叉調諧微機械陀螺儀(TFG)。6.陀螺儀的發展方向和前景傳統的機械轉子陀螺儀，由于其高精度和可靠性，在今后相當長一段時間內，仍將獲得廣泛應用，特別是在需要高精度的

10、場合。最近幾年，陀螺儀已經在汽車的穩定控制系統、GPS獲得越來越多的應用。在消費電子領域，攝像機、數碼相機的圖像防抖也是陀螺儀很有前途的應用。分析家預計，僅MEMS(MicroElectroMechanicalSystem，微電子機械系統)陀螺儀的市場就將從2006年的4億美元增長到2012年的12億美元。隨著工業和消費類機器人的發展，陀螺儀將有望在這兩個市場大顯身手。在自動化流水線上，陀螺儀有助于提高自動化程度。光纖陀螺發展的方向:一是向更高精度、更高可靠性的方向發展，為航天、航空、航海提供高精度的慣性元件；二是向體積小、高度集成、價格便宜、結構更牢固的超小型化方向發展，為戰術級應用提供堅固、廉價的慣性傳感器；三是朝多軸化方向發展。參考文獻1 梁閣亭等.陀螺儀的發展及應用. 飛航導彈，2006.2劉蘭芳. 光