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什么是陀螺仪及其工作原理?

文章编辑:深圳市广陵达科技有限公司 发表时间:2025-12-22 17:38:51

定义

陀螺仪是一种测量相对于惯性系的旋转速率的传感器。因此,它将测量旋转时所有后续的方向变化。

由于地球坐标系在旋转,地面上的陀螺仪也会测量地球自转速率(约 15°/h)。陀螺仪输出通常以°/s或rad/s表示。

我们如何使用陀螺

可以高频积分旋转速率以精确测量传感器方向。该原理适用于所有惯性传感器垂直陀螺仪AHRS、MRU、INS)。

它们还用于惯性导航系统 (INS) 中的导航(位置和速度)确定。

最高性能的陀螺仪(通常基于闭环光纤陀螺仪)非常精确,可以在没有任何偏差估计的情况下测量地球旋转,并在没有任何外部航向参考的情况下确定航向。这些传感器称为陀螺罗盘。还有许多其他技术可以在不进行纯陀螺罗盘的情况下测量航向,这可以释放陀螺仪技术的限制。 

原则

某陀螺仪使用 2 个原理来测量旋转:

      科里奥利效应(Coriolis effect)

MEMS 陀螺仪利用了科里奥利效应。当检测质量沿 X 方向振动时,垂直轴 Z 上的旋转将产生一个力,导致垂直轴 Y 上相应的运动。

MEMS 架构有多种,通常基于振动梁或振动环。

实际陀螺仪性能可能会有所不同,具体取决于 MEMS 元件尺寸和质量、传感器封装、机械和信号处理。

陀螺仪工作原理.jpg

      萨尼亚克效应(Sagnac Effect)

这种效应被光纤陀螺仪(FOG)等光学陀螺仪所利用。

两个光源以相反方向循环传播:一个顺时针,另一个逆时针。当没有旋转时,来自两个光源的光同时到达,但是如果有旋转,其中一个路径将更长,另一个路径将更短。这将产生干扰,可以观察到干扰来扣除角速度。

陀螺仪惯性传感器.jpg

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