微惯性技术(第三讲)微陀螺仪

典型的陀螺仪
可用于军事、民用航空、汽车、导弹等领域的高性能长寿命 的微型陀螺仪，其大小比衬衫的纽扣还小，重量不足1克。
典型的陀螺仪
日本的CRS-03 陀螺,中间是一个磁铁
典型的陀螺仪
AD公司生产的陀螺内部结构
典型的陀螺仪
AD 公司 双轴陀螺
美国BEI公司生产的QR14
陀螺仪的分类

非机械式
压阻效应 压电效应 热效应 电容效应 电感效应外研究情况（一）
国外研究情况（二）
国外研究情况（三）
国外研究情况（四）
微惯性器件之二 微陀螺仪
陀螺仪简介
陀螺是一种用于测量旋转速度或旋转角 的仪器。 它在运输系统，例如导航、刹车调节控 制和加速度测量等方面有很多应用。 宏观的陀螺可分成两个主要种类：非机 械（光学的）式的或机械式的。
非机械陀螺利用光环使光束在相反方向 旋转。当陀螺结构旋转时，检测光束的 多普勒移位。 而宏观的机械式的陀螺通常是用一个旋 转的圆盘产生一个惯性的参照体，由于 微机械方法加工带有足够质量的旋转部 分很难，所以典型的微机械陀螺使用振 动结构。
激光陀螺和光纤陀螺

机械式（主要介绍微机械式）
1）振动式微机械陀螺仪
2）转子式微机械陀螺仪
3）微机械加速度计陀螺仪
1）振动式微机械陀螺仪

利用单晶硅或多晶硅制成的振动质量，在被 基座带动旋转时的哥氏效应感测角速度。

多采用平面电极或梳状电极静电驱动，并采 用平板电容器进行检测。

可分为：
梳状驱动平板式振动陀螺仪
梳状驱动音叉式振动陀螺仪
电磁驱动音叉式陀螺仪
振环式陀螺仪
压电棒式振动陀螺仪
声表面波振动陀螺仪
2）转子式微机械陀螺仪

其转子由多晶硅制成，采用静电悬浮，
并通过力矩再平衡回路测出角速度。

从功能看，属于双轴速率陀螺仪或双轴
角速率传感器。

如静电悬浮转子陀螺仪。
3）微机械加速度计陀螺仪

这是由参数匹配的两个微机械加速度计
陀螺仪简介
音叉式陀螺仪原理介绍
音叉式振动陀螺仪的典型结构如上图所示。其简 化示意图如上所示，设音叉两臂的质量都分别集 中于其端点，且为m0，设在某一瞬时，两集中质 量相向速度分别为v1及v2，且有关系式v1=v2=v， 载体绕轴的转动角速度为ωx，由于哥氏效应，两 集中质量的哥氏加速度绝对值为ac=2 ωx v，方向 如图所示，哥氏力Fc=2m ωx v，哥氏力矩 M=4mR ωx v。我们就通过检测哥氏力或哥氏力 矩的大小来得到载体的角速度ωx。
作反向高频抖动而构成的多功能惯性传
感器，兼有测量加速度和角速度的双重
功能。
角速率传感器——基本工作原 理

旋转刚体

定轴性 进动性

振动刚体

傅科摆
FC mV
角速率传感器——基本工作原理
敏感方向 驱动方向 放大 解调放大
Vo
驱动
角速率传感器——读出技术

读出技术