反饋

振動陀螺儀

振動陀螺儀利用高頻振動的質量在被基座帶動旋轉時所產生的哥氏效應來敏感角運動。振動陀螺儀的主體是一個做高頻振動的構件，其具有性能穩定、結構簡單、可靠性高、承載能力大等優點。常見的振動陀螺儀有音叉振動陀螺儀、壓電振動陀螺儀和殼體振動陀螺儀三種。^[1]

振動陀螺儀儀器特徵

振動陀螺儀的主體是一個做高頻振動的構件。同剛體轉子陀螺儀相比，它沒有高速旋轉的轉子和相應的支承系統，因而具有性能穩定、結構簡單、可靠性高、承載能力大、體積小、重量輕和成本低等優點。^[1]

音叉振動陀螺儀

音叉振動陀螺儀又稱音叉諧振陀螺儀。它利用音叉端部的振動質量被基座帶動旋轉時的哥氏效應來敏感角速度。從功能上看，它屬於單軸速率陀螺儀。

音叉的雙臂在激振裝置的激勵下做相向和相背交替的往復彎曲運動，音叉兩端部的質量就做相向和相背交替的往復直線運動。激振裝置保證了音叉做等幅振盪運動，雙臂振盪的幅值相等，而相位恰好相反。

音叉振動陀螺儀的哥氏效應可以用下圖來説明，由於相對運動和牽連運動的相互影響，音叉端部兩個質點均具有哥氏加速度，並受到哥氏慣性力的作用。當音叉端部的質點做相向運動時，其哥氏加速度大小為

，哥氏慣性力大小為

,方向如圖中所示。

兩個質點的哥氏慣性力矢量在xoz平面上，由此對音叉中心軸形成轉矩，即哥氏慣性力矩，其大小為

其中s為音叉兩端質點與y軸的垂直距離，方向如圖1中所示。

若音叉兩端部的質點做相背運動時，則相對速度、哥氏速度、哥氏加速度、哥氏慣性力和哥氏慣性力矩都和圖中的方向相反。

除了音叉端部兩質點有上述現象外，音叉兩臂上所有對稱位置上的質點都會出現上述哥氏效應，所以整個音叉的哥氏慣性力矩應當通過積分來求得，通過積分輸出的結果便可以反推出角速度信息。^[1]

圖1

殼體振動陀螺儀

殼體振動陀螺儀利用軸對稱殼的振動質量在角速度作用下的哥氏效應而工作。在這種陀螺儀中，哥氏效應所導致的結果是振動波形相對基座的偏轉。

殼體振動陀螺儀的核心部分是諧振殼體或稱諧振子，利用諧振子振型相對基座的偏轉來度量基座相對慣性空間的旋轉。振型偏轉方向與基座轉動方向相反，振型偏轉角度

與基座轉動角度

成正比，即

也即

其中

為基座轉動角速度。

諧振子振型的偏轉通過哥氏加速度和哥氏慣性力從得到，也即通過諧振子在角速度作用下的哥氏效應得到相應的諧振子振型的偏轉角度，由此便可以從殼體振動陀螺儀輸出信息中反推出角速度信息。^[1]

微機械振動陀螺儀

微機械振動陀螺儀是固態的角速度傳感器，以壓電杯結構設計測量 coriolis 力.保證陀螺儀輸出和角速度成正比的高精度電壓信號。其一般測量範圍為0- 1500°/s ，單極或兩極的輸出電壓可供選擇使用。

蒼蠅雖小，但它的飛行本領卻相當高超，可以垂直上升、下降，急速掉頭飛行，定懸空中。

它的“特技飛行 ”是任何飛機都做不到的，這不得不令人對它“刮目相看”。蒼蠅有4只翅膀，在它前面的翅膀之後，還長着一對啞鈴一樣的小棒，這對小棒叫作楫翅，也叫平衡棒。它不但使蒼蠅能直接起飛，而且是使蒼蠅保持航向的導航器官。

蒼蠅飛行時，楫翅以每秒鐘330次的頻率不停地振動。當蒼蠅身體傾斜、俯仰或偏離航向時，楫翅振動頻率的變化便被其基部的感受器所感覺。蒼蠅的 “大腦”分析了這一偏離的信號後，便向有關部位的肌肉組織發出糾正指令，並校正身體姿態和航向。

根據蒼蠅楫翅的導航原理，科學家們研製成功了一種新型振動陀螺儀。它的主要部件像只音叉，是通過一箇中柱固定在基座上的。裝在音叉兩臂四周的電磁鐵使音叉產生固定振幅和頻率的振動，就像蒼蠅振翅的振動那樣。

振動陀螺儀

當飛機、艦艇或火箭偏離正確航向時，音叉基座和中柱會發生旋轉，中柱上的彈性杆就會將這一振動轉變成一定的電信號，傳給轉向舵，使航向得以糾正。

由於這種振動陀螺儀沒有高速旋轉的轉子，因而體積很小，可以裝在一隻茶杯裏，但準確性卻相當於比它大5倍的普通陀螺儀。

參考資料

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