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速率陀螺儀的類型很多,最常用的有三類。

①扭桿式速率陀螺儀:當(dāng)飛行器繞速率陀螺儀的輸入軸有角速度時(shí),開始瞬間速率陀螺儀的殼體迫使轉(zhuǎn)子跟著轉(zhuǎn)動(dòng),相當(dāng)于沿輸入軸施加一個(gè)外力矩。依據(jù)陀螺儀的進(jìn)動(dòng)性原理(見陀螺儀),沿速率陀螺儀的輸出軸會產(chǎn)生陀螺力矩使轉(zhuǎn)子繞輸出軸進(jìn)動(dòng),引起扭桿扭轉(zhuǎn),沿輸出軸遂產(chǎn)生一個(gè)外加的彈性力矩。同理,在彈性力矩作用下,轉(zhuǎn)子又將繞輸入軸產(chǎn)生進(jìn)動(dòng),當(dāng)其進(jìn)動(dòng)角速度與飛行器角速度相等時(shí),殼體不再向轉(zhuǎn)子施加力矩,因而轉(zhuǎn)子不再繞輸出軸進(jìn)動(dòng),扭桿也不再繼續(xù)扭轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子繞輸入軸進(jìn)動(dòng)角速度的大小與外加力矩(這里指彈性力矩)成正比。這時(shí)進(jìn)動(dòng)角速度與飛行器角速度相等,因而彈性力矩與飛行器角速度成正比。而彈性力矩與扭桿的轉(zhuǎn)角成比例,所以轉(zhuǎn)子繞輸出軸的轉(zhuǎn)角(即角度傳感器輸出的信號)與飛行器的角速度成正比。阻尼器用來抑制轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的振蕩。扭桿式速率陀螺儀因結(jié)構(gòu)簡單而廣泛用于飛行器姿態(tài)控制;它的缺點(diǎn)是存在輸出時(shí)轉(zhuǎn)子會偏離零位,使輸出產(chǎn)生交叉耦合誤差。輸入角速度越大,這個(gè)誤差越大,因而精度不太高。

②反饋式速率陀螺儀:為了彌補(bǔ)扭桿式速率陀螺儀的缺點(diǎn),可將角度傳感元件的輸出信號經(jīng)放大后反饋到輸出軸上的力矩器中構(gòu)成回路,以電彈簧代替扭桿,只要回路的增益足夠大就能使轉(zhuǎn)子始終保持在零位附近。流入力矩器的電流正比于輸入角速度,可作為儀表的輸出。

③積分陀螺儀:去掉速率陀螺儀的扭桿(或彈簧)而僅保留阻尼器則成為積分陀螺儀。當(dāng)飛行器繞積分陀螺儀輸入軸有角速度時(shí),一開始的狀況與速率陀螺儀相同,轉(zhuǎn)子繞輸出軸進(jìn)動(dòng)。阻尼器產(chǎn)生的阻尼力矩又引起轉(zhuǎn)子繞輸入軸進(jìn)動(dòng)。由于阻尼力矩與角速度成比例,轉(zhuǎn)子繼續(xù)繞輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)(無扭桿約束),其轉(zhuǎn)速與飛行器的角速度成正比,因而輸出軸上的角度傳感器輸出與飛行器轉(zhuǎn)角成正比的信號。由于輸入是角速度而輸出是角度信號,故稱為積分陀螺儀。它在慣性導(dǎo)航中得到廣泛應(yīng)用。

④光纖陀螺儀:主要有干涉型,諧振型和受激布里淵散射型,都是基于Sagnac效應(yīng)的,即,當(dāng)一環(huán)形光路在慣性空間繞垂直于光路平面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),光路內(nèi)相向傳播的兩列光將因慣性運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生光程差,從而導(dǎo)致兩束相干光波的干涉。光程差對應(yīng)的位相差與旋轉(zhuǎn)角速率之間有一定的內(nèi)在聯(lián)系,通過對干涉光強(qiáng)信號的檢測和解調(diào),即可確定旋轉(zhuǎn)角速率。