隨著物理學(xué)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，陀螺儀的種類也日趨豐富,，精度也在不斷提高,。目前廣為人知的陀螺儀類型有光纖陀螺儀、激光陀螺儀和MEMS陀螺儀等,。雖然MEMS陀螺儀在精度上可能不如光纖和激光陀螺儀,，但其體積小、功耗低,、成本低且易于批量生產(chǎn)的特點(diǎn),，使其在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用,。MEMS陀螺儀的角速度測(cè)量原理基于一種非真實(shí)存在的力——科里奧利力。這種力是在非慣性參考系下引入的慣性力,，引入之后便可以應(yīng)用牛頓經(jīng)典力學(xué)定律,。我們假設(shè)一個(gè)黑色質(zhì)量塊以特定的速度V沿著一個(gè)方向移動(dòng)，當(dāng)外部角速率被施加時(shí),，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直于施加角速度方向的力,，導(dǎo)致質(zhì)量塊發(fā)生位移。陀螺儀在慣性導(dǎo)航儀中,，可以用于測(cè)量飛行器的姿態(tài)、速度和位置,，提供準(zhǔn)確的導(dǎo)航數(shù)據(jù),。北京慣性導(dǎo)航系統(tǒng)制造

光纖陀螺儀的原理是利用光程的變化檢測(cè)出兩條光路的相位差，就可以測(cè)出光路旋轉(zhuǎn)角速度,，主要用于航空,，航海，航天和國(guó)家防護(hù)工業(yè)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,。微機(jī)電陀螺儀MEMS一般會(huì)用在手機(jī)等電子產(chǎn)品上,，通常有兩個(gè)方向的可移動(dòng)電容板，徑向的電容板加震蕩電壓迫使物體做徑向運(yùn)動(dòng),，橫向的電容板測(cè)量由于橫向運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的電容變化,，所以由電容的變化可以計(jì)算出角速度。所以,，陀螺儀不光是用在手機(jī)里那么簡(jiǎn)單,，大到航海，航空和航天,，導(dǎo)彈,、衛(wèi)星運(yùn)載器，國(guó)家防護(hù)等領(lǐng)域,，并且地面設(shè)施,、礦山隧道、地下鐵路,、石油鉆探都離不開(kāi)它,。在生活中汽車導(dǎo)行，手機(jī),，環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域都需要陀螺儀的參與,。高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)市價(jià)機(jī)械式陀螺儀的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低,，但精度相對(duì)較低,，適用于中低精度場(chǎng)合,。

下面，我們以單自由度陀螺儀為例,，來(lái)解析角速度測(cè)量的原理,。單自由度陀螺儀的簡(jiǎn)化模型如下圖所示，其中x,、y,、z分別表示陀螺儀的三個(gè)軸。假設(shè)基座被固定在汽車上,，y軸即為汽車的前進(jìn)方向,。當(dāng)汽車?yán)@y軸或z軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)環(huán)起到了隔離運(yùn)動(dòng)的作用,，陀螺轉(zhuǎn)軸并不會(huì)隨汽車轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng),。但當(dāng)汽車?yán)@x軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)環(huán)上會(huì)產(chǎn)生一對(duì)力F,，形成沿x軸方向的力矩mx,。由于陀螺儀在x軸方向沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，力矩mx將使陀螺主軸繞內(nèi)環(huán)y軸進(jìn)動(dòng),。因此,，通過(guò)測(cè)量y軸的角速度，我們可以間接測(cè)量到汽車在x軸的角速度,。具體的建模和求解過(guò)程需要基于動(dòng)量矩定理,，這里不再詳細(xì)展開(kāi)。

我們以一個(gè)單軸偏航陀螺儀為例,，探討較簡(jiǎn)單的工作原理（圖1）,。兩個(gè)正在運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)向相反方向做連續(xù)運(yùn)動(dòng)，如藍(lán)色箭頭所示,。只要從外部施加一個(gè)角速率,，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向垂直的科里奧利力，如圖中黃色箭頭所示,。產(chǎn)生的科里奧利力使感應(yīng)質(zhì)點(diǎn)發(fā)生位移,，位移大小與所施加的角速率大小成正比。因?yàn)閭鞲衅鞲袘?yīng)部分的運(yùn)動(dòng)電極（轉(zhuǎn)子）位于固定電極（定子）的側(cè)邊,，上面的位移將會(huì)在定子和轉(zhuǎn)子之間引起電容變化,，因此，在陀螺儀輸入部分施加的角速率被轉(zhuǎn)化成一個(gè)專門使用電路可以檢測(cè)的電參數(shù),。陀螺儀可以用于地理測(cè)量和地圖制作,，提供準(zhǔn)確的地理信息。

撓性陀螺儀,，轉(zhuǎn)子裝在彈性支承裝置上的陀螺儀,。在撓性陀螺儀中應(yīng)用較廣的是動(dòng)力調(diào)諧撓性陀螺儀,。它由內(nèi)撓性桿、外撓性桿,、平衡環(huán),、轉(zhuǎn)子、驅(qū)動(dòng)軸和電機(jī)等組成,。它靠平衡環(huán)扭擺運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)力反作用力矩(陀螺力矩)來(lái)平衡撓性桿支承產(chǎn)生的彈性力矩,，從而使轉(zhuǎn)子成為一個(gè)無(wú)約束的自由轉(zhuǎn)子，這種平衡就是調(diào)諧,。撓性陀螺儀是60年代迅速發(fā)展起來(lái)的慣性元件,，它因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高(與液浮陀螺相近),、成本低,，在飛機(jī)和導(dǎo)彈上得到了普遍應(yīng)用。陀螺儀可以用于船舶和航空器的姿態(tài)穩(wěn)定控制,，提高航行的安全性和穩(wěn)定性。海南綜采工作面陀螺儀

激光式陀螺儀采用激光束在Sagnac效應(yīng)中的干涉現(xiàn)象,，實(shí)現(xiàn)高精度角速度測(cè)量,。北京慣性導(dǎo)航系統(tǒng)制造

陀螺儀器較早是用于航海導(dǎo)航，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,，它在航空和航天事業(yè)中也得到普遍的應(yīng)用,。陀螺儀器不只可以作為指示儀表，而更重要的是它可以作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)敏感元件,，即可作為信號(hào)傳感器,。根據(jù)需要，陀螺儀器能提供準(zhǔn)確的方位,、水平,、位置、速度和加速度等信號(hào),，以便駕駛員或用自動(dòng)導(dǎo)航儀來(lái)控制飛機(jī),、艦船或航天飛機(jī)等航行體按一定的航線飛行，而在導(dǎo)彈,、衛(wèi)星運(yùn)載器或空間探測(cè)火箭等航行體的制導(dǎo)中,，則直接利用這些信號(hào)完成航行體的姿態(tài)控制和軌道控制。作為穩(wěn)定器,，陀螺儀器能使列車在單軌上行駛,，能減小船舶在風(fēng)浪中的搖擺，能使安裝在飛機(jī)或衛(wèi)星上的照相機(jī)相對(duì)地面穩(wěn)定等等,。作為精密測(cè)試儀器,，陀螺儀器能夠?yàn)榈孛嬖O(shè)施,、礦山隧道、地下鐵路,、石油鉆探以及導(dǎo)彈發(fā)射井等提供準(zhǔn)確的方位基準(zhǔn),。由此可見(jiàn)，陀螺儀器的應(yīng)用范圍是相當(dāng)普遍的,，它在現(xiàn)代化的國(guó)家防護(hù)建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中均占重要的地位,。北京慣性導(dǎo)航系統(tǒng)制造