[科普中國(guó)]-流體轉(zhuǎn)子陀螺儀

簡(jiǎn)介

流體轉(zhuǎn)子陀螺儀中，用裝在容器中的旋轉(zhuǎn)流體代替剛體作為轉(zhuǎn)子，可以用于測(cè)量角位移或角速度。2

根據(jù)容器與流體之間繞陀螺自轉(zhuǎn)軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情形，可以把流體轉(zhuǎn)子陀螺儀分為兩大類：第一類是容器與流體之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也就是說(shuō)容器帶動(dòng)流體一起轉(zhuǎn)動(dòng)，這種陀螺簡(jiǎn)稱為流體轉(zhuǎn)子陀螺；第二類是容器不動(dòng)，其中充滿了導(dǎo)電流體，用適當(dāng)?shù)姆椒ǎɡ缧D(zhuǎn)磁場(chǎng)）使流體相對(duì)于容器繞陀螺自轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，這種陀螺稱為電磁流體陀螺。這兩類流體轉(zhuǎn)子陀螺的結(jié)構(gòu)示意圖均在右圖中顯示。1

原理右圖為流體轉(zhuǎn)子陀螺儀的示意圖。球形容器腔體內(nèi)充滿質(zhì)量均勻的流體。球形容器由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)繞對(duì)稱軸高速旋轉(zhuǎn)，容器內(nèi)的流體隨腔體一起作高速旋轉(zhuǎn)，腔體的一側(cè)有一個(gè)壓差傳感器。傳感器的開(kāi)口與腔體自轉(zhuǎn)軸的夾角是。當(dāng)腔體高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，流體隨之旋轉(zhuǎn)，流體的自轉(zhuǎn)軸與容器的自轉(zhuǎn)軸相重合，壓差傳感器上下兩端口敏感的流體壓力是相等的，陀螺儀的信號(hào)為零。3

當(dāng)容器出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)角，這時(shí)壓差傳感器兩個(gè)端口與流體自轉(zhuǎn)軸的距離就不相等了，上面的距離是，下面的是。流體繞流體的瞬時(shí)自轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在兩端口處流體轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力不一樣，壓差傳感器輸出壓差信號(hào)。由于壓差傳感器隨腔體一起轉(zhuǎn)動(dòng)，壓差信號(hào)是隨腔體轉(zhuǎn)動(dòng)的正弦變化的信號(hào)，信號(hào)的幅度正比于腔體自轉(zhuǎn)軸與流體瞬時(shí)自轉(zhuǎn)軸的夾角。3

流體轉(zhuǎn)子陀螺儀工作在閉環(huán)狀態(tài)，即隨動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)壓差傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)解調(diào)得到偏角，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)腔體反向轉(zhuǎn)動(dòng)，使兩個(gè)自轉(zhuǎn)軸相重合?？梢?jiàn)這樣流體轉(zhuǎn)子陀螺與機(jī)械轉(zhuǎn)子陀螺一樣有了“定軸性”，它可以靈敏地測(cè)量出容器的偏轉(zhuǎn)。如果沒(méi)有隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，流體的轉(zhuǎn)動(dòng)是由腔體轉(zhuǎn)動(dòng)帶起來(lái)的，流體的自轉(zhuǎn)軸全自動(dòng)慢慢地趨近腔體的自轉(zhuǎn)軸，所以沒(méi)有快速的隨動(dòng)系統(tǒng)，流體轉(zhuǎn)子的定軸性就顯現(xiàn)不出來(lái)了。3

特點(diǎn)流體轉(zhuǎn)子陀螺具有下列特點(diǎn)：

機(jī)械磨損問(wèn)題對(duì)陀螺的性能不影響或者影響很?。?/p>

容器起到了框架的作用；

流體轉(zhuǎn)子可以始終滿足靜、動(dòng)平衡的要求；

均勻的流體始終滿足等彈性的要求；

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容器制造；

溫度分布的不均勻性以及流體的熱膨脹會(huì)影響陀螺的特性。1