03双转子陀螺罗经(安)
航海仪器-第1节 陀螺罗经1
T=0 T=6h
T=12h
地球自转角速度的分解
Z。 We S E 以 北 纬 点 为 例 （We:地球自转角速度 We
•We分解为： W1=Wecosφ（水平分量） W2=Wesinφ （垂直分量）
φ :地理纬度）
W2 φ W O W1
φ
N
PN
•W1：在北纬使水平面 SENW的东半平面不断 下沉，西半平面不断上 升。（南纬相同） •W2：在北纬使子午面S Z。N的N点不断向W移 动。（南纬反之）
2、陀螺仪的特性
1）陀螺仪的定轴性（也称稳定性） 不受外力矩作用时，陀螺仪的主轴保持 其空间的初始方向不变。
定轴性实验录像
2、陀螺仪的特性
1．陀螺仪的定轴性（也称稳定性）
实验一：自由陀螺仪转子不转，转动陀螺仪基 座，主轴随基座一起转动。 实验二：自由陀螺仪转子高速旋转，转动陀螺 仪基座，主轴不随基座一起转动。 自由陀螺仪表现为定轴性的条件是：陀螺转子 高速旋转；陀螺仪不受外力矩作用。
1.人坐车前进时感觉到路两旁的树在不 断地向后运动，为什么？ 2.地球的运动规律？地球上的人看到 太阳东升西落，是太阳的运动吗？ 3.将陀螺仪的主轴初始指向地球上 某一方位，人会看到它的指向始终 不变吗？
自由陀螺仪在地球上的视运动
北半球，若将自由陀螺仪 放在A点，使其主轴位于 子午面内并指恒星S，由 于地球自西向东转，经 过一段时间后，它转到B 点，因定轴性，陀螺仪 主轴仍将指恒星S方向但 相对子午面来说，主轴 指北端已向东偏过了α 角。 北纬看自由陀螺仪视运动
三、发展历史
两千多年前，我国劳动人民在生活和生产实践中发现了陀螺 的基本特性。 1852年，法国科学家福科第一个利用陀螺特性并与地球自转 相联系，它利用三自由度陀螺仪的定轴性来观测地球自转； 并提出了创见性的理论。 1878年，美国科学家霍布金发明了用电机推动的陀螺罗经。 1908年，德国人安许茨创造了世界上第一台实用陀螺罗经。 成为一个罗经系列。陀螺罗经也由此开始出现。 1909年，美国人斯伯利也创造了单转子弹性支承的陀螺罗经， 并且也逐步发展成为一个罗经系列。 二十世纪五十年代，一个新的罗经系列逐渐形成，即美英两 国合作生产的阿玛勃朗型——电磁控制式陀螺罗经。
安许茨系列陀螺罗经资料课件
THANKS
罗经分类
按照用途可分为航向罗经、方位罗经等。
指向原理
罗经中的陀螺仪始终保持稳定的指向，通过测量陀螺仪的指向变化可以确定载体的方向或角度。 当载体发生方向改变时，罗经中的陀螺仪会产生一个与方向改变成正比的信号，通过处理这个信
号可以确定载体的新方向。
陀螺罗经优势
高精度
陀螺罗经利用陀螺仪的稳定性来 测量方向或角度，具有高精度和
掌握使用陀螺罗经时的注意事项和操作规范 ，确保其准确性和可靠性。
新型陀螺罗经技术展望
光纤陀螺罗经技术
介绍光纤陀螺罗经的原理、优点 和应用前景，展望其在航海领域 的发展趋势。
微机械陀螺罗经技
术
探讨微机械陀螺罗经的工作原理 、特点和发展趋势，预测其在未 来航海领域的应用前景。
智能化陀螺罗经系
统
研究智能化陀螺罗经系统的原理 、功能和优势，展望其在提高航 海安全和效率方面的作用。
化学清洁剂。
润滑处理
定期对陀螺罗经活动部 件进行润滑处理，确保 其转动灵活、无卡滞现
象。
常见故障排除方法
1 2 3
无法启动
检查电源连接是否可靠、开关是否处于正确位置 ，如仍无法启动请联系专业技术人员。
工作异常
密切关注陀螺罗经工作状态，如出现异常现象（ 如指针抖动、偏差过大等），立即停机检查，必 要时请联系专业技术人员。
将主机安装在底座上，并连接好 相关电缆和接口。
安装传感器
根据实际需要，安装相应的传感 器，如航向传感器、姿态传感器
等。
注意事项
在安装过程中，要避免对设备造 成损坏或影响其性能，如避免过 度拧紧螺丝、避免拉扯电缆等。
调试过程与技巧分享
设备初始化
惯性导航技术发展综述---精品模板
惯性导航技术发展综述学号：XXXXXXX ，姓名:XXX摘要：本文针对惯性导航系统，阐述了惯性导航的发展历程,并对惯性导航系统的原理进行了简要的说明。
同时，介绍了惯性导航系统中常用仪表的发展历史，以及惯性导航系统目前的发展趋势。
关键词：惯性导航系统、常用仪表、发展一.引言在各类导航系统中，惯性导航系统被认为是最重要的一种导航系统.惯性导航是以测量运动体加速度为基础的导航定位方法，测量到的加速度经过一次积分可以得到运动速度,经过二次积分可以得到运动距离，从而给出运动体的瞬时速度和位置数据。
这种不依赖外界信息,只靠载体自身的惯性测量来完成导航任务的技术也叫自主式导航.而惯性导航系统则是一种利用惯性敏感器件、基准方向及最初的位置信息来确定运载体在惯性空间中的位置、方向和速度的自主式导航系统，有时也简称为惯导。
由于惯导具有高度的自主性、隐蔽性以及信息的完备性等特点,随着国民经济建设与国防建设的发展,应用日益广泛。
目前惯性导航不仅应用于军事、工程和科学研究等领域，而且已扩展到民用领域,如石油钻井、大地测量、移动机器人等系统中。
随着现代科技的发展,惯性导航系统技术也得到了一些新的发展,如捷联式惯性导航系统、惯性导航敏感器件的发展等,这些新技术为惯导技术的发展注入了新的活力,推动着惯导技术的进一步发展。
本文针对惯性导航系统，介绍了它的发展历史和基本原理，以及与其相关的仪表陀螺仪、加速度计的发展历程，并对惯导系统目前的发展趋势进行了介绍。
二.惯性导航发展历程1930年以前的惯性技术被称为第一代惯性技术。
其包括了1687年牛顿提出的为惯性导航奠定了理论基础的力学三大定律；1852年,傅科根据欧拉和拉格朗日的刚体定点转动理论制造出的用于验证地球自转运动的测量装置；1908年安修茨研制出的世界上第一台摆式陀螺罗经；以及1923年的休拉摆原理。
第一代惯性技术为整个惯性导航发展奠定了基础.第二代惯性技术始于上世纪40年代火箭发展的初期，从二战期间，惯性技术在德国V—2火箭的制导上的首次应用；20世纪50年代麻省理工学院成功研制了单自由度液浮陀螺，并在B29飞机上成功应用;1958年鹦鹉螺号装备N6-A 和MK-19进行潜航并成功秘密到达目的地；到20世纪60年代，挠性陀螺研究的逐渐起步.这一时期，还出现了另一种惯性传感器－加速度计.另一方面,为提高陀螺仪表精度、减少误差，静电陀螺、磁悬浮陀螺和气浮陀螺概念被提出。
安许茨系列陀螺罗经资料
随动系统
作用：消除支撑液体对陀螺球产生的摩擦力矩；跟踪 陀螺球航向,在方位刻度盘上指示航向 工作框图:
• 信号电桥的工作原理
30
L1 L2
31 28
R1
R2 29
L2
L1
30 31
28
R2
R1
29
若L1=L2=X,则: 〖电桥等效电路〗
U 3 031(R U 12 82 j9 X j( )R ( R 12 R2 j)X )
双转子:OX轴 上托线圈和支承液体使陀螺球悬浮: OY与OZ 轴 （2）控制设备 （3）阻尼设备 （4）误差校正设备 5．支承方式：液浮＋电磁力定中心
二．随动部分
核心为随动球，由上下两个铝质半球等组 成。它与陀螺球上下间隙4，8mm，左右 间隙2或4mm，即陀螺球呈中性悬浮。 1．结构组成：随动球 蜘蛛架 中心枢轴 导电环,方位齿轮和罗经方位刻度盘 2．作用：支承灵敏部分；传送航向；向 陀螺球供电
随动球 蜘蛛架 中心枢轴 导电环
方位齿轮和罗经方位刻度盘
三．固定部分
1．罗经桌
2．贮液缸：紫青铜制成，内履绝缘橡胶
（1）内盛支承液体（ 配方、比例等）
蒸馏水：10升 甘油（20 ℃时比重为 1.23g/cm3 ）： 1升 安息香酸：10克（或用硼 沙和福尔马林替代）
（2）观察窗：读航向、球高
（3）缸外壁上有加热器（电阻丝）：保证支承液 体温度不低于49℃
温控系统
使支承液体的工作温度保持在正常范围（52°±3℃） 内。 主要组成：加热器、电风扇、蜂鸣器、乙醚管和微动开 关
使用与保养
使用: 使用注意事项 定期检查项目 保养项目
使用:
正常情况下，在启航前4～6小时启动罗经；如停泊 后关闭罗经，且船舶航向未改变过，可在开航前2 －3小时启动 。 1．起动前的检查 2．起动罗罗经桌、平衡环系统、罗经箱。
陀螺罗经常见问题
陀螺罗经常见问题1. 叙述陀螺仪的定义及其基本特性。
定义：工程上将高速旋转的对称刚体（转子）及其悬挂装置的总称叫做陀螺仪。
基本特性：定轴性、进动性2. 何谓平衡陀螺仪和自由陀螺仪？平衡陀螺仪：陀螺仪的中心和其几何中心相重合的陀螺仪。
自由陀螺仪：不受任何外力矩作用的平衡陀螺仪。
3. 位于地球上的自由陀螺仪的视运动有何规律？如何解释其物理实质？自由陀螺仪在地球上的视运动规律：北纬东偏、南纬西偏，（偏转角速度为ω2 ）东升西降、南北一样（升降角速度为ω1y ）物理实质：当地球自转时，在北纬子午面北点N 向西偏转，由于陀螺仪的定轴性，主轴空间指向不变，跟地球一起运动的观察者看到主轴北端在不断向东偏转。
同理在南纬，主轴指北端向西偏转。
当陀螺仪主轴指北端偏离子午面以东时，受ω1 的影响，水平面东半平面下降，陀螺仪主轴的指北端相对水平面产生上升的视运动；当陀螺仪主轴的指北端偏离子午面以西时，由于水平面西半平面上升，陀螺仪主轴则产生下降视运动。
4. 影响自由陀螺仪主轴不能稳定指北的主要矛盾是什么？克服该主要矛盾对自由陀螺仪影响的基本原则是什么？ω2 是影响自由陀螺仪主轴不能指北的主要矛盾。
克服该矛盾对自由陀螺仪影响的基本原则是利用陀螺仪的进动性，对陀螺仪水平轴施加一个外力 M ，使陀螺仪周周绕 OZ 轴进动。
5. 变自由陀螺仪为摆式罗经的两种方法。
第一种是重力下移法。
将陀螺仪的重心沿垂直轴下移，时重心不与支架中心O 重合，当主轴不水平时，产生控制力矩。
根据这种方法制成的罗经称为下重式罗经。
第二种是水银器法或液体连通器法。
在平衡陀螺仪上悬挂液体连通器，液体连通器中注入适量的高比重液体（如水银或其他化学溶剂），用以产生控制力矩。
这类罗经一般被称为水银器罗经或称液体连通器罗经。
6. 何谓水平轴阻尼法，它有何特点？水平轴阻尼法是指压缩椭圆长轴的方法，阻尼力矩应施加于陀螺仪的水平轴上。
特点：罗经稳定时主轴稳定在子午面内，但阻尼装置的结构比较复杂，控制力矩与阻尼力矩之间的相位关系很难严格做到恰好相差π /2, 所以阻尼效果会受到影响。
陀螺仪原理[1]
![陀螺仪原理[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/dc8a9b29915f804d2b16c14f.png)
1）自由陀螺仪主轴不能指北的原因地球自转角速度的垂直分量w2使自由陀螺仪主轴相对子午面的视运动。
2）变自由陀螺仪为陀螺罗经的方法:控制力矩(controlling moment)（用My表示）：为了克服由于地球自转角速度的垂直分量w2使自由陀螺仪主轴相对子午面的视运动，向陀螺仪施加的外力矩；控制力矩必须作用于陀螺仪的水平轴。
3）陀螺罗经获得控制力矩的方式按力矩的产生原理不同：直接产生法和间接产生法；按力矩的性质不同：重力控制力矩和电磁控制力矩；按力矩的产生方式不同：三大系列罗经的三种主要方式。
（1）安许茨系列罗经获得控制力矩的方式:将陀螺球重心下移的直接控制法获得控制力矩。
控制设备(controlling device)：陀螺罗经产生控制力矩的设备（器件）。
陀螺球(gyrosphere)：安许茨系列罗经是将双转子陀螺仪固定和密封在金属球内。
陀螺球具有主轴（ox轴）、水平轴（oy轴）和垂直轴（oz轴）。
陀螺球的重心G不在其中心O，而是沿垂直轴下移几毫米。
t = t1时，陀螺球位于A1处，此时主轴水平指东，q = 0，重力mg作用线通过陀螺仪中心O，重力mg不产生力矩（虽有力但力臂为零）。
t = t2时，随着地球自转，当，陀螺球位于A2处，此时主轴上升了一个q角（q ≠ 0），重力mg作用线不通过陀螺球中心O（有力臂a），重力mg的分力mgsinq 产生沿水平轴oy向的重力控制力矩My：My = mgsinq •a≈ mg a •q= M•qM = mga 最大控制力矩.控制力矩的大小与罗经结构参数和主轴高度角q 有关.控制力矩My使主轴产生进动速度u2，它使主轴正端自动找北（向子午面进动）。
根据赖柴尔定理：动量矩H矢端的线速度矢量u与外力矩矢量M大小相等方向相同：u = M陀螺罗经控制力矩My使罗经主轴产生的进动速度：u2= My = M•q安许茨系列罗经称为下重式陀螺罗经，控制力矩为重力力矩，属于机械摆式罗经。
陀螺罗经指北原理
a rv
=
V cos C
Rewe cos?
1.仅取决于航速（V）、航向（C）、和地理纬度（ ? ）， 与罗经结构参数无关。任何罗经均会产生速度误差。
2.随船速（V） 、纬度（ ? ）的增大而增大。
3.航向偏北，αrv>0, 西误差； 航向偏南， αrv<0, 东误差。
4 . 东西航向无误差，南北航向误差最大。
第二章 陀螺罗经误差及其消除
第二节 速 度 误 差(speed error)
五、速度误差的消除
V3
u2 r
V2
V1
（W ）
V3
u2 r
V2
V1`
1.查表法： 2.外补偿法：移动刻度盘。 3.内补偿法：施加补偿力矩。
?可施加垂直轴补 偿力矩，产生V1` （E） 以抵消V3。
第二节 冲 击 误 差(Ballistic error)
? 将右手大拇指与四指垂直，四指顺着转 动的方向朝内弯曲，则大拇指所指的方 向即是角速度向量的方向'
Z
F
H X
My Y
? 进动角速度（ w)、动量矩和外力矩三者之间是互相
垂直的，进动角速度的方向 (和大小取决于动量矩和外
力矩的方向和大小。
? Wpz = My/H
-Wpy = Mz/H
? Wpy和Wpz是陀螺仪相对于宇宙空间的绝对角速度在 OY
第二章 陀螺罗经误差及其消除
第二节 速 度 误 差(speed error)
二、船舶作恒速恒向运动时的旋转角速度及其在 地理坐标系各坐标轴上的分量；
N VN
C O
V VE E
?设船偏北航行，航速 V， 航向 C 。
VN=VCosC
电磁罗经
磁罗经1）船用磁罗经的结构一台中、大型船舶上安装的磁罗经，一般由罗经盆(compass bowl)、罗经柜(compass binnacle)和自差校正器(deviation corretor)三大部分组成。
（1）罗经盆(罗盆)罗盆是一台磁罗经的主要部分，它的灵敏器件具有指示方向的能力，因此也称为磁罗经的指向部分。
罗盆主要包括罗盘、轴针和轴帽、液体、罗经基线、注液孔、空气膨室、玻璃盖、壳体等。
罗盘是罗盆中有指向能力的器件，它由卡面、刻度、磁针、浮室、轴帽等组成。
罗盘卡面一般由云母、塑料或硬纸等非磁性材料制成。
正面有0~360°刻度和8~16个罗经点刻度，用于读取方向。
反面固定有2~6根细磁针，磁针的数量和磁针的NS极轴线要严格与卡面刻度的0~180°线对称和平行，所有磁针的磁极都应在同一圆周上，产生罗盘的磁矩。
罗盘中心是向正面凸起的圆形水密浮室，内充氢气，以增大罗盘的浮力。
大型罗经的罗盘反面正中心嵌有宝石轴帽，由轴针支承，使罗盘能够绕垂直轴自由旋转。
轴针固定在罗盆内中心的壳体上，尖端一般由铱金制成，比较耐磨。
轴针尖端必须保持尖锐，否则罗盘灵敏度将不正常。
必要时轴针可以拆下送厂磨尖或更换。
船用磁罗经属于液体磁罗经，即罗盆内充满液体。
我国磁罗经液体是采用45%的医用纯精(absolute alcohol)和55%的二次蒸馏水(distilled water)的混合液体，其中酒精的作用是降低液体的结冰点，使结冰点降为-26︒C，沸点为+83︒C。
这种液体的粘滞性在-20︒C ~ +50︒C范围内不变。
磁罗经液体对罗盘起浮力作用，提高了罗盘灵敏度；对罗盘起阻尼作用和减小罗盘的振动，使罗盘指向稳定。
罗盆应具有良好的水密性，盆内液体必须保持充满，否则将产生气泡，影响罗经的正常使用。
注液孔位于罗盆壳体的侧面，用来排除罗盆内的气泡和注入罗经液体，应保持良好的水密性。
罗盆上的船首线标志又称为罗经基线，用来读取船舶的航向。
陀螺罗经的结构
2.球内部件： (点击可看图 球内部件： 点击可看图 球内部件 点击可看图)
•陀螺马达 陀螺马达 •灯型支架 灯型支架 •液体阻尼器 液体阻尼器 •电磁上托线圈 电磁上托线圈
返回
三、随动部分： 随动部分：
1.组成： 组成： 组成 随动球、中心导杆、蜘蛛架、 随动球、中心导杆、蜘蛛架、 汇电环、方位齿轮和方位刻度盘。 汇电环、方位齿轮和方位刻度盘。 2.作用： 作用： 作用 跟踪陀螺球航向， 跟踪陀螺球航向，在刻度盘上指 示航向，并给陀螺球供电 陀螺球供电。 示航向，并给陀 尼 器
返回
电 磁 上 托 线 圈
返回
陀 螺 球
返回
•
灯 型 支 架
返回
•
电刷 中心导杆 蜘蛛架
返回
返回
返回
返回
返回
返回
返回
返回
A.随动球：(out-sphere) 随动球： 随动球
返回
B.中心导杆和蜘蛛架： （net of outer 中心导杆和蜘蛛架： 中心导杆和蜘蛛架 sphere and spider legs） ）
电刷 中心导杆 蜘蛛架
返回
•三相电流走向： 三相电流走向： 三相电流走向 汇电环— 中心导杆— 导电螺钉— 随动球电 极— 支撑液体— 陀螺球电极
在船上为了消除附加的干扰力矩对灵敏部分的影响， 在船上为了消除附加的干扰力矩对灵敏部分的影响， 在主罗经的结构中增设了随动部分， 在主罗经的结构中增设了随动部分，借助于随动系 统使其跟踪灵敏部分运动，带动航向刻庋盘上的0° 统使其跟踪灵敏部分运动，带动航向刻庋盘上的 ° 到180°的刻度线与陀螺球主轴南北线始终保持一致； °的刻度线与陀螺球主轴南北线始终保持一致； 并把灵敏部分支承在固定部分上。 并把灵敏部分支承在固定部分上。
航海仪器-第1节 陀螺罗经4 安许茨22型陀螺罗经
E5: 随动系统故障
E6: 温度传感器故障
E7: 陀螺球高度偏离正常值范围
E8: 加热器统故障
E9: 支承液体温度>70ºC
四、（二）安许茨22型操作使用
2、更换支承液体和密封圈
• 规定每三年更换一次
• 关闭罗经,约等30min,方可进行 • 230cm3蒸馏水(红色标签) 从红螺钉孔注入储藏室 • 840cm3支承液体(绿色标签) 从绿色螺钉孔注入
系统所需要的各种电源. • 组成: 数个稳压电路和 (55V 400HZ)逆变器. • 稳压电路：将船电变换成电子传感器所
需的各种稳定的直流电。 • 逆变器的作用: 将直流24V船电变换成陀螺 球及离心泵所需的单相55V 400HZ电源.
2）、随动系统
• 组成:
随动传感器、放大器 、 A/D转换器、CPU、 随动电机控制器和随动步进电机.
（三）安许茨22型罗经
特点
1.高精度，适合于高速船舶使用 2.快速稳定功能，找北稳定时间由4h缩短到1h 3.数字化，打印机代替航向记录器 4.提供多种数字和模拟传向信号，可以提供船舶转向速率 功能 5.使用网络接口 6.减少能耗和噪声，提高可靠性采用逆变器直流供电系统 7.设备小型化
1、主罗经结构
• 按一次B14,航向消失
• 再按,显示警告字符
2、警告信号显示
警告字符所表示的含义如下:
C1: 电风扇功能失效
C2: 加热器功能失效
C3: 支承液体温度>65ºC
C4: 温度控制器功能失效
C5: 船电断电且支承液体温度≥45ºC
3、故障信号显示
出现故障
随动系统被切断
第一次ED1
航向显示被取消
第二次ED2
航海仪器 安许茨系列陀螺罗经
分
统统
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信号 指示 系统
5
安许茨标准4型陀螺罗经包括：
主罗经、电源起动箱、变流机、分罗经接线箱、分罗经、 警报器、航向记录器等。
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6
§3-2 主罗经的结构
（以安许茨4型为例）
构成： 罗经箱 n 灵敏部分 n 随动部分 n 固定部分
第三节 安许茨系列陀螺罗经
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1
主要内容：
n §3-1 n §3-2 n §3-3 n §3-4
概述 主罗经的结构 附属设备 罗经的使用、保养
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2
§3-1 概述
n 一、安许茨系列陀螺罗经的主要特点：
n 1．陀螺仪（灵敏部分）
位置：绕成圆环形，固定在陀 螺球内的底部，其平面与陀螺 球的赤道平面平行。
供电：由陀螺球内三相交流电 的第一相和第二相供电。
排斥力：通电后在陀螺球与随 动球之间产生一个排斥力，方 向指向球心。
水平分力：使陀螺球在赤道平面内相对随动球保持中心位置。 垂直分力：使陀螺球悬在随动球中间略偏高的位置上。
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n ——陀螺球 双转子（消除摇摆误差）
n 2．控制力矩的产生
n ——陀螺仪的重心下移（下重式）
n 3．阻尼力矩的产生
n ——采用油液阻尼器，产生水平轴阻尼
n 4．灵敏部分支承方式
n ——用支承液体支承(液浮),电磁上托线圈定中心
n 5．随从信号的获得
n ——用电桥电路产生随从信号
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陀螺罗经
20世纪70年代，伴随着光纤通信技术的发展，光纤传感技术也迅速发展起来。
该技术是以光波为载体，光纤为媒质，感应和传输外界被测量信号的新型传感技术，以独特的优良性能赢得极大的重视，并在各个领域中广泛应用。
光纤陀螺技术是光纤传感技术的一个特例，是利用光学传输特性而非转动部件来感应角速率和角偏差的惯性传感技术。
1 光纤陀螺的结构按照元器件类型，光纤陀螺分为分立元件型、集成光学型和全光纤型。
由于分立元件型光纤陀螺存在体积较大、可靠性较差、误差较大等缺点，现在世界各国都已停止发展。
集成光学型光纤陀螺将主要光学元件如耦合器、偏振器、调制器都集成在一块芯片上，将光纤线圈、光源、检测器接在芯片适当的位置，就构成了实用的集成光学型光纤陀螺。
从光纤陀螺的发展方向来看，集成光学型光纤陀螺是最有发展前途的光纤陀螺形式。
全光纤陀螺是将主要的光学元件都加工在一条保偏光纤上，从而可以避免因元器件连接造成的误差。
目前，全光纤陀螺技术比较成熟，其性能在三种中最好，适合在现阶段研制实用的商品光纤陀螺。
根据干涉型光纤陀螺的信号检测方式的不同，可以分为开环式和闭环式两大类。
开环式光纤陀螺直接检测干涉条纹的相移，因而动态范围较窄，检测精度较低。
闭环式系统采取相位补偿的方法，实时抵消萨格奈克相移，使陀螺始终工作在零相移状态，通过检测补偿相位移来测量角速度，其动态范围大，检测精度高。
此外，闭环式光纤陀螺对环境尤其是对振动不敏感，是研制高精度光纤陀螺仪的理想形式。
开环式全光纤陀螺是中低精度、低成本光纤陀螺中比较流行的结构。
目前，在中高精度光纤陀螺仪领域，最为流行的设计结构为全数字闭环式光纤陀螺仪。
光纤陀螺示意图2 光纤陀螺的特点光纤陀螺的主要特点是：①无运动部件，仪器牢固稳定，耐冲击且对加速度不敏感；②结构简单，零部件少，价格低廉；③启动时间短(原理上可瞬间启动)；④检测灵敏度和分辨率极高；⑤可直接用数字输出并与计算机接口联网；⑥动态范围极宽；⑦寿命长，信号稳定可靠；⑧易于采用集成光路技术；⑨克服了因激光陀螺闭锁现象带来的负效应；⑩可与环形激光陀螺一起集成捷联式惯性系统传感器。
安许茨罗经资料
二、电路系统
安许茨标准20型陀螺罗经的电路分为： 电源电路 随动系统 温控系统 信号检测系统。 电路系统除电源系统外，各种功能的实现都是由不同的传感 器检测输出不同的信号，由主控制器进行处理来实现。
1.电源系统 安许茨标准20型陀螺罗经的电源系统主要由： 直流稳压电路； 55V400Hz逆变器组成。
3.随动速度（rate of follow-up） 4.随动加速度（accelerate of follow-up） 5.航向信息输出（heading signal output） 6.供电电压（supply voltage） 7.功率消耗（power consumption） 主罗经启动 主罗经正常运转时 加热器 风扇
紧凑型配置：
组合型配置：
主要技术指标：
1.精度（accuracies）
稳定点误差（settle point error）
静态误差（static error） 动态误差（dynamic error）
≤±0.1°×secφ
≤±0.1°×secφ ≤±0.4°×secφ
2.稳定时间（setting time）（精度在±0.2°之内）
中国的航海一I、II型陀螺罗经和 日本的北辰陀螺罗经等。
安许茨系列陀螺罗经属机械摆式罗经，其显著特点是： • 灵敏部分是一个双转子陀螺球， • 借助于液体的浮力和辅助支承力使其在支承液体中呈自由 悬浮状态。(液浮加上托线圈） • 采用降低球的重心的方法获得控制力矩（下重式， • 液体阻尼器产生阻尼力矩。 安许茨标准Ⅳ和4型陀螺罗经是40年代或50年代的产品，较 长时间内在船舶上得到广泛的应用。 安许茨标准20和22型陀螺罗经是90年代的最新产品，已装 备于船舶上使用。由于该产品的技术性能优越，适用范围较广 等优点，受到了安许茨产品用户的欢迎。
第二节 陀螺罗经
（2）斯伯利系列罗经获得控制力矩的方式
在陀螺仪主轴两端，加装液体连通器(liquid communicating vessel)的直接控制法获得控制力矩。
控制力矩的产生的方式：
图2-1-24
液体连通器：斯伯利系列罗经产生控制力矩的设备是在陀螺仪主轴两端加装液体容器，内充一定液体，液体可在两个容器之间流动。
阻尼设备(damper))（阻尼器）：陀螺罗经产生阻尼力矩的设备（器件）。
阻尼方式(damping mode)：陀螺罗经将阻尼力矩施加在陀螺仪（球）的哪一轴上
陀螺罗经的阻尼方式：水平轴阻尼方式(damping mode of horizotal axis)和垂直轴阻尼方式(damping dode of vertical axis)。
按力矩的产生方式不同：三大系列罗经的三种主要方式。
（1）安许茨系列罗经获得控制力矩的方式
将陀螺球重心下移的直接控制法获得控制力矩。
控制设备(controlling device)：陀螺罗经产生控制力矩的设备（器件）。
陀螺球(gyrosphere)：安许茨系列罗经是将双转子陀螺仪固定和密封在金属球内。
控制力矩(controlling moment)（用My表示）：为了克服由于地球自转角速度的垂直分量2使自由陀螺仪主轴相对子午面的视运动，向陀螺仪施加的外力矩；
控制力矩必须作用于陀螺仪的水平轴。
3）陀螺罗经获得控制力矩的方式
按力矩的产生原理不同：直接产生法和间接产生法；
按力矩的性质不同：重力控制力矩和电磁控制力矩；
My=mgsin·a
≈mg 制力矩的大小与罗经结构参数和主轴高度角有关
安许茨系列陀螺罗经资料课件
06
安许茨系列陀螺罗经的发展趋势 与展望
技术创新与进步
陀螺仪技术优化
随着材料科学和微电子技术的进 步，陀螺仪的尺寸不断减小，精
度和稳定性得到提高。
智能化技术应用
人工智能和机器学习技术在陀螺 罗经中得到应用，实现自适应滤
波、故障诊断等功能。
集成化与模块化
将多个传感器集成到一个模块中， 实现多功能一体化，降低系统复 杂性和成本。
检查罗ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ完整性
在安装前，仔细检查陀螺罗经 的外观，确保没有损坏或缺陷。
安装底座
根据产品手册，正确安装罗经 的底座，确保稳定性和水平度。
连接电缆与电源
按照说明手册连接必要的电缆 和电源线，确保连接牢固。
调试方法
初步校准
在安装完成后，进行初 步的校准，确保罗经的
基本功能正常。
精度测试
误差修正
维护与保养
陀螺仪部分的主要功能是测量和 保持航向，提供稳定的基准信号
给控制系统。
控制系 统
控制系统是安许茨系列陀螺罗经的指 挥中心，负责接收陀螺仪的信号，计 算出航向变化，并驱动电机调整罗经 的指向。
控制系统的主要功能是根据陀螺仪的 信号计算出航向变化，并驱动电机调 整罗经的指向，以保持航向的准确性。
它由微处理器、控制电路、驱动电路 和执行机构组成。
显示部分
显示部分是安许茨系列陀螺罗经的人机交互界面，负责将航向信息以直观的方式呈 现给操作者。
它由显示屏、显示驱动电路和显示模块组成。
显示部分的主要功能是将航向信息以数字或模拟方式显示出来，便于操作者观察和 操作。
其他组件
安许茨系列陀螺罗经还包括电源、 通信接口、外壳等其他组件。
电源负责提供稳定的能源给整个 罗经系统；通信接口用于与其他 设备进行数据交换；外壳起到保
航海仪器实操安许茨4型陀螺罗经
百度文库- 让每个人平等地提升自我安许茨(ANSCHUTZ)系列陀螺罗经1、罗经开机前的检查与准备（1）从罗经桌注液孔测量贮液缸液面高度，液面到注液孔上沿的距离不应大于4cm~5cm，否则液体数量不够，应添加液体。
（2）检查并调整各分罗经航向与主罗经航向相等。
（3）检查变压器箱上的“电源开关”和主罗经箱上的“随动开关”应放在“Off”位置。
（4）检查各接线板、插头插座、保险丝应无损坏并接触良好。
机械转动部分的转动应正常。
（5）检查并调整航向记录器的记录笔所在记录纸上的航向等于主罗经航向，时间等于船钟时间。
（6）检查主罗经及各分罗经的照明灯及调节应正常，并调节亮度适当。
2、开机步骤（1）接通变压器箱上的“电源开关（main witch）”。
（2）应做如下检查：（3）①三个三相电流指示灯应较亮；（4）②从罗经箱观测窗口观察陀螺球应开始缓慢转动，说明陀螺电机三相电已接通，陀螺球已工作。
（5）20min后，接通主罗经上的“随动开关（follow-up switch）”。
（6）应做如下检查：（7）①再次检查并调整分罗经航向与主罗经航向相等；（8）②约30min左右，三相电流指示灯亮度变暗，其中第一相电流指示灯最亮、第二相电流指示灯亮最暗、第三相电流指示灯亮度适中，说明三相电流已达到正常值；（9）③当支承液体温度达到52︒C，陀螺球稳定指北时，检查陀螺球高度应符合要求，检查陀螺球高度时罗经桌应水平。
3、罗经读数读出航向刻度盘上的航向数据（精确到0.5度）4、关机（1）关闭“随动开关”。
（2）关闭“电源开关”使用注意事项：（1）经常检查罗经的各项参数（三相和单相电压、三相电流、陀螺球高度、支承液体温度、支承液体液面高度、分罗经航向）均应正常。
（2）航行中若有速度误差，观测的航向和方位应通过查表计算消除速度误差。
（3）当报警器报警时，必须对支承液体采取降温措施。
当支承液体温度达到60︒C时，罗经已不能正常工作，应关闭罗经。
航海仪器课程教学大纲-海上专业试验教学中心-集美大学
中文：航海仪器课程名称英文：Navigation Apparatus课程编号 1105300 学分/学时 3.5/60所属教研室航海教研室先修课程 高等数学、大学物理、理论力学、电路与电机、无线电技术等课程类型 专业课 考核方式 考试开课专业 航海技术专业教学目的和要求目的:本课程是航海技术专业的一门主干专业课。
其目的是使学生掌握正确使用航海仪器应具备的基本知识和技能，并通过国家海事局要求的《航海仪器的正确使用》评估项目和《航海学》考试。
要求:1、理解陀螺罗经和磁罗经的指北原理及其结构组成，掌握测定和校正仪器误差的方法，熟练掌握仪器的正确使用方法与保养工作。
2、掌握测深仪和计程仪的基本原理、正确使用方法与维护保养工作。
3、掌握罗兰C系统、GPS/DGPS卫星导航系统的组成、定位原理和定位精度，熟练掌握GPS 卫导仪和罗兰C接收机的正确使用方法。
4、掌握AIS系统的功能、组成与特点，并能正确使用AIS收发机。
5、了解VDR和组合导航系统的主要功能与特点等。
教学内容和基本要求（分章节）绪论第一章 陀螺罗经的指北原理第一节 陀螺仪及其特性第二节 陀螺仪在地球上的视运动第三节 变自由陀螺仪为陀螺罗经的方法第四节 摆式罗经的等幅摆动和减幅摆动第五节 电磁控制式罗经原理第六节 光纤陀螺罗经定向原理基本要求：正确理解陀螺罗经的指北原理。
本章重点：陀螺罗经的指北原理。
本章难点：陀螺罗经的指北原理。
教学内容及基本要求（分章节）第二章 陀螺罗经误差及其消除第一节 纬度误差第二节 速度误差第三节 冲击误差第四节 其它误差基本要求：掌握陀螺罗经的各种误差的定义、特点及其校正方法。
本章重点：陀螺罗经的各种误差的特点及其校正方法。
本章难点：陀螺罗经纬度误差、速度误差的原因分析。
第三章双转子陀螺罗经第一节 安许茨4型罗经概述、主罗经结构组成、使用与保养第二节 安许茨20型罗经第三节 北辰CMZ500型罗经基本要求：掌握安许茨罗经的主罗经结构组成及各主要部件的作用，能熟练使用安许茨4型陀螺罗经。
双转子陀螺罗经(安)
2）等20～90分钟后接通随动开关。
图片
3. 关机
1）关闭随动开关。 2）关闭电源开关。 4. 使用注意事项 1）三相电流不同：
启动时为1.5～2.5A； 马达转速达到额定值20 000 r/min后 0.6～1.1A； 第一相最大，第三相次之，第二相最小； 主罗经左侧小门内三项电流指示灯亮度不同。 2）定期检查电压（三相110V333Hz、单相50V50Hz或60V60Hz）。 3）正常工作时支承液体温度为 52C 3C. 4）液面高度符合要求（1～1.5 cm）。 5）陀螺球高度正常（2 1 mm）。 6）分罗经航向应与主罗经航向一致。
3. 液体阻尼器：圆环形，固定在灯形支架上
4. 电磁上托线圈：一、二相供电，定陀螺球中心：涡流 5. 润滑 6. 氢气
线，0 -南
二 、随动部分
跟踪灵敏部分一起转动，使航向刻度盘0-180线与（图片） 主轴始终保持一致，并通过支承液体 向陀螺球供电。 1. 随动球：不密封，对流均热；电木柱、有机玻璃； 顶、底、赤道、随动电极； 2. 中心导杆、蜘蛛架 . 汇电环：6 个环； 4、5、6环→27、28、29号螺钉→顶、底、赤道电极； 随ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电极→30、31号螺钉→2、3环→放大
锁定销
排气螺钉
锁定销 支承液体螺钉 蒸馏水螺钉
随动球组件：随动球、离心水泵、附件等
随动球——充满液体密封球体：贮液缸作用 上半球：1）储液室：230 cm3 蒸馏水，自动补给液体 2）筒式加热器：支承液体导流区域内 3）透明锥体——顶部：测量液面高度 4）印刷电路板——球壳： 过温保护装置、离心水泵移相电容、 连接导流区域内的温度传感器 5）离心水泵：导流管连接下半球导流区，循环通路
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3. 关机 1）关闭随动开关。 2）关闭电源开关。 4. 使用注意事项
1）三相电流不同： 启动时为1.5～2.5A； 马达转速达到额定值20 000 r/min后 0.6～1.1A； 第一相最大，第三相次之，第二相最小； 主罗经左侧小门内三项电流指示灯亮度不同。 2）定期检查电压（三相110V333Hz、单相50V50Hz或60V60Hz）。 3）正常工作时支承液体温度为 52°C ±3°C. 4）液面高度符合要求（1～1.5 cm）。 5）陀螺球高度正常（2 ± 1 mm）。 6）分罗经航向应与主罗经航向一致。 5. 航向读取 7）注意校正速度误差。 （视频）
3. 固定部分
支承板、罗经箱体等组成。 传感器印刷电路板、方位电机、电风扇安装其上
二、电路系统
Power supply PCB Connection PCB Sensor PCB
1. 电源系统
组成： 1）稳压电路：将船电变换成电子传感器所用直流电； 2）逆变器：将直流24V船电变换成陀螺球和离心泵 所需单相 55V 400Hz 电源。 球内移相电容变换成三相电供陀螺马达。 陀螺马达额定转速 12 000 r/min。
（图片）
三、固定部分 固定部分是主罗经和船舶固连的部分
图片
1. 贮液缸：黄铜制成圆柱形，内壁绝缘硬橡胶 配重、加热器；船尾向中部——观察窗 2. 罗经桌：贮液缸盖子 3. 罗经箱及平衡系统： 1）底部：固定甲板、安装电风扇 2）中部：三个小门——尾、左、右；可松开旋转 3）罗经盖： 4）平衡系统：吊缸，内外平衡环，减震弹簧
3） 振荡次数
在检查随动速度试验中，刻度盘回到原航向时不会停转， 而是来回振荡几次，规定次数不超过 5 次。
上述检查不符合规定的原因很多，根据实际情况 查找原因予以排除。
思考问题
1. 基本概念 主罗经；分罗经（航向、方位分罗经） 灵敏部分；随动部分；随动系统；传向系统；温控系统； 信号电桥；方位电机（执行电机、伺服电机） 2. 简述陀螺罗经的组成部分及各部分的作用。 3. 简述安许茨4型罗经灵敏部分、随动部分、固定部分的组成。 4. 简述随动系统、温控系统工作过程。 5. 安许茨4型陀螺罗经的启动与关机步骤。 6.安许茨4型陀螺罗经使用前的检查及使用中注意事项。 7. 简述陀螺球高度的检查及过高过低的可能原因。 8. 安许茨4型陀螺罗经支承液体的配方及检查液量的方法。
二. 保养 1. 支承液体 1）更换： 一般每年更换一次，变质立即更换， 更换陀螺球时要更换液体。
（视频） （图片） 2）液量检查（液面高度检查） 正常液面高度：液面距离罗经桌底面1～1.5 cm 检查：用细木笺插入注液孔，液面距离孔端4～5 cm
3）支承液体配方 蒸馏水 10 升 甘油 1 升——增加液体比重
（20°C时，比重1.23 g/cm3；若1.25 g/cm3 需 0.9 升 ）
安息香酸 10 克——导电防腐
（18 克硼砂——导电，0.1 升福尔马林——防腐）
2. 陀螺球高度 1）正常高度： 罗经工作稳定，液温正常、罗经桌水平条件下， 陀螺球赤道红刻线比随动球赤道线高 2 mm ± 1 mm 2）检查方法： ① 陀螺球完好：
第一节 主罗经结构
一、灵敏部分——陀螺球 陀螺球是一个充有氢气的密封球体，浸浮在随动球 内的支承液体内。直径252 mm，重约8.3 kg。 重心沿垂直轴下移8 mm。 1. 球壳：顶、底、赤道、随动电极；0-360°刻度线，0° -南 2. 陀螺马达：两个；灯形支架、曲柄连杆机构 3. 液体阻尼器：圆环形，固定在灯形支架上 4. 电磁上托线圈：一、二相供电，定陀螺球中心：涡流 5. 润滑油：吸管内棉线；陀螺球倾斜＜45° 6. 氢气：减小摩擦力，保证构件润滑油不氧化
安许茨标准22型 简化型：
主罗经、分罗经、快速稳定操作单元（选购）、 交直流转换器和附加输出箱等
完整型：
主罗经、分罗经、操作单元、信号分配器、 多罗经互换器和交直流转换器等
一、主罗经
一、主罗经 1. 灵敏部分——小型陀螺球
主要区别： 1）顶底电极：单相交流电； 赤道电极：随动电极 2）充有氦气；油脂润滑 3）液浮加液压辅助支承，离心水泵代替电磁上托线圈
液体阻尼器
电磁上托线圈
随动部分
首
左 尾
右
第四节 安许茨标准22型罗经
基本原理相同，结构和电路系统上较大改进 主要特点： 1. 接入其他传感器数据，自动或手动校正误差； 2. 快速稳定功能，3小时→ 1小时； 3. 数字化同步传向，自动校准分罗经， 打印机代替航向记录器； 4. 转换装置提供多种数字和模拟信号，提供转向速率； 5. 网络连接，多接口、多数据格式输入输出； 6. 直流静止逆变器低压直流供电，减小噪声能耗； 7. 控制电路集成化，信号传输网络化，设备结构小型化。
若陀螺球升高，说明液体比重大，应加适量蒸馏水调整； 若陀螺球下沉，说明液体比重小，应加适量甘油调整。 （图片）
② 液体比重正常（比重计测量）：
若陀螺球下沉：a. 电磁上托线圈电压过低或断路； b. 陀螺球渗入液体——应更换。
3. 三相电流检查
常规检查：三相电流指示灯灯丝微微发红，大致正常 准确判断：测量灯座跨接1.5 Ω电阻上电压 正常值范围：0.9 V ～1.65 V
第三章 双转子陀螺罗经
——安许茨系列罗经
安许茨系列罗经属于液浮支承的双转子摆式罗经， 灵敏部分为一陀螺球，控制力矩是用降低球的重心 的方法获得，阻尼力矩则由液体阻尼器产生。 结构特点：双转子陀螺球、随动球、液体支承 典型产品——安许茨 4 型
安许茨 4 型陀螺罗经组成 主罗经 变压器箱 分罗经接线箱 分罗经（航向、方位） 航向记录器 变流机 报警器
安许茨 4 型陀螺罗经主要技术指标
1. 直航精度：≤ ±1° 2. 适用纬度：0～75° 3. 适用航速： 0～45 kn 4. 环境温度：−10° ～45°C 5. 稳定时间：约 4 h 6. 船舶电源：三相交流380/440 V，50/60 Hz 7. 工作电压： 陀螺球及随动系统：110 V 333 Hz（ ± 3%） 加热器、电风扇、传向系统：50 V 50 Hz 或60 V 60 Hz （ ± 10%） 8. 陀螺马达转速：约 20 000 r/min 9. 陀螺球寿命：约 20 000 h 10. 电流：陀螺马达起动三相电流：1.5 ～ 2.5 A 陀螺马达正常运行三相电流：0.6 ～ 1.1 A 加热器：1.8 ～ 2.0 A 11. 支承液体：用量：11.5 L 工作温度：52 °C 12. 主罗经尺寸：直径500 mm；高度：810 mm，重量：约100 kg
2. 随动系统
组成： 随动敏感元件（信号电桥）、放大器、CPU、 随动电机控制器和随动步进电机。 A/D 转换器
随动系统组成 三部分：随动信号产生器—— 信号电桥、 随动信号放大器、方位电机（执行电机）
陀螺球
放大器
方位电机
随动球
齿轮传 动装置
30 30 r2
L2
u30-31
L1 r1 31 31
28
29
三. 传向系统 作用：将主罗经航向精确地传送到分罗经、航向 记录器等复示航向的设备。 安许茨4型采用：交流同步传向系统（单相自整角机） 四. 温控系统 组成：微动开关、乙醚管、加热器、电风扇、蜂鸣器 图片 工作温度： T＜49° 加热器工作 T = 49° 加热器停止工作 T = 52° 电风扇工作，冷却降温 T = 57° 电风扇工作，蜂鸣器报警，应采取措施 T = 60°经航向的设备 2）种类： ① 航向分罗经：置于所需航向示度处，读取航向 ② 方位分罗经：驾驶室外左右两侧对称船舶首尾 线安装，测目标方位 3）组成： ① 同步接收器：接收主罗经送来的航向信号 ② 粗细刻度盘：读取航向 ③ 手调匹配器：将分罗经航向调与主罗经航向读数一致
第三节 使用与保养
一. 使用 应避免频繁开关机，一般停靠码头时间不长不关机。 开航前4～5小时启动，上次关机停泊码头航向未变 可2～3小时。 1. 启动前的检查 1）电源开关、随动开关是否位于断开（0）位置。 2）各部分清洁、机械转动灵活、插头接头零部件牢固。 3）贮液缸液量是否正常。 4）各分罗经、航向记录器等航向是否与主罗经一致。 2. 开机 1）接通电源操纵箱上的电源开关。 2）等20～90分钟后接通随动开关。 图片
二、随动部分 跟踪灵敏部分一起转动，使航向刻度盘0-180线与（图片） 主轴始终保持一致，并通过支承液体向陀螺球供电。 1. 随动球：不密封，对流均热；电木柱、有机玻璃； 顶、底、赤道、随动电极； 2. 中心导杆、蜘蛛架 3. 汇电环：6 个环； 4、5、6环→27、28、29号螺钉→顶、底、赤道电极； 随动电极→30、31号螺钉→2、3环→放大器→方位电机 4. 方位齿轮：与汇电环上托板固连 5. 航向刻度盘：
4. 随动灵敏度、随动速度、振荡次数的检查
随动系统工作性能的主要参数
1） 随动系统灵敏度的检查
指随动系统开始动作时，随动球与陀螺球之间的最小失配角。 条件：船舶靠码头船首向不变、罗经稳定 方法：断开随动开关，人为转动传动齿轮0.5°后接通随动开关， 稳定后记下航向读数（精确0.1° ），再反方向重复一次。 两次数据之差一半，即为 随动系统灵敏度。 反复二、三次取平均值，数值不超 0.1°正常 。
2. 随动部分
——随动球组件、减振波纹管摆式连接器、方位齿轮、 汇电环等
排气螺钉 锁定销 锁定销 支承液体螺钉 蒸馏水螺钉
随动球组件：随动球、离心水泵、附件等
随动球——充满液体密封球体：贮液缸作用 上半球：1）储液室：230 cm3 蒸馏水，自动补给液体 2）筒式加热器：支承液体导流区域内 3）透明锥体——顶部：测量液面高度 4）印刷电路板——球壳： 过温保护装置、离心水泵移相电容、 连接导流区域内的温度传感器 5）离心水泵：导流管连接下半球导流区，循环通路 随动球通过四个快速拆卸机构与摆式连接器相连， 使随动球在船舶摇摆时保持直立状态。 摆式连接器上部装有编码器，经传动皮带轮连接 方位随动电机。