简介

原理

分类

发展历程及应用

最新发展

简介

英文名称：rate gyroscope

定义：测量物体角速度的陀螺仪表。

原理

用以直接测定运载器角速率的二自由度陀螺装置。把均衡陀螺仪的外环固定在运载器上并令内环轴垂 直于要测量角速率的轴。当运载器连同外环以角速度绕测量轴旋进时，陀螺力矩将迫使内环连同转子一起相对运载器旋进。陀螺仪中有弹簧限制这个相对旋进，而内环的旋进角正比于弹簧的变形量。由平衡时的内环旋进角即可求得陀螺力矩和运载器的角速率。积分陀螺仪与速率陀螺仪的不同处只在于用线性阻尼器代替弹簧约束。当运载器作任意变速转动时，积分陀螺仪的输出量是绕测量轴的转角（即角速度的积分）。以上两种陀螺仪在远距离测量系统或自动控制、惯性导航平台中使用较多。

分类

速率陀螺仪的类型很多，最常用的有这么几类：

①扭杆式速率陀螺仪：当飞行器绕速率陀螺仪的输入轴有角速度时，开始瞬间速率陀螺仪的壳体迫使转子跟着转动，相当于沿输入轴施加一个外力矩。依据陀螺仪的进动性原理（见陀螺仪），沿速率陀螺仪的输出轴会产生陀螺力矩使转子绕输出轴进动,引起扭杆扭转,沿输出轴遂产生一个外加的弹性力矩。同理，在弹性力矩作用下，转子又将绕输入轴产生进动，当其进动角速度与飞行器角速度相等时，壳体不再向转子施加力矩，因而转子不再绕输出轴进动，扭杆也不再继续扭转。转子绕输入轴进动角速度的大小与外加力矩（这里指弹性力矩）成正比。这时进动角速度与飞行器角速度相等，因而弹性力矩与飞行器角速度成正比。而弹性力矩与扭杆的转角成比例，所以转子绕输出轴的转角（即角度传感器输出的信号）与飞行器的角速度成正比。阻尼器用来抑制转动过程中的振荡。扭杆式速率陀螺仪因结构简单而广泛用于飞行器姿态控制；它的缺点是存在输出时转子会偏离零位，使输出产生交叉耦合误差。输入角速度越大，这个误差越大，因而精度不太高。

②反馈式速率陀螺仪：为了弥补扭杆式速率陀螺仪的缺点，可将角度传感元件的输出信号经放大后反馈到输出轴上的力矩器中构成回路,以电弹簧代替扭杆,只要回路的增益足够大就能使转子始终保持在零位附近。流入力矩器的电流正比于输入角速度，可作为仪表的输出。

发展历程及应用

20世纪20年代初，速率陀螺仪首先用作飞机的基本飞行仪表。继而用来为防空火力控制瞄准器提供前置角数据。速率陀螺仪的用途很广，它不仅用于飞行器、车辆、火炮控制等方面，在有关角度控制的伺服系统中也常常用它来改善系统的动态品质。在飞行器上，速率陀螺仪能为导航、制导系统提供角速度信号，而更多的是利用它输出的角速度信号来改善自动驾驶仪的动态品质。

最新发展

最新的MEMS陀螺仪--HTG系列陀螺仪是用来测量角速率的固态传感器, 采用MEMS芯片，制造采用BIMOS生产工艺和载流焊工艺技术。HTG系列MEMS陀螺仪具有高可靠性和高封装坚固性;可用于惯性测量元件、高可靠性的汽车电子、导弹制导和控制、飞行器稳定控制、天线稳定、摄像、数码摄影、机器人等系统。具有休眠模式,休眠模式下消耗电流小于10uA.