С датчиком угловой скорости многие могут быть относительно незнакомы, но если упоминается другое его название - гироскоп, то, думаю, многие знают.
Принцип работы гироскопа
Гироскоп - это своеобразный прибор, используемый для определения и поддержания направления движения, основанный на теории углового момента. Как только гироскоп начинает вращаться, он имеет свойство сопротивляться изменению направления за счет углового момента колеса.
Говоря простым языком, направление, указываемое осью вращения вращающегося тела, не меняется, если на него не действует внешняя сила. Если вы когда-нибудь играли с вертушкой, то знаете, что когда вертушка сталкивается с внешней силой, направление ее оси не меняется вместе с направлением внешней силы. На самом деле мы используем этот принцип при езде на велосипеде. Чем быстрее вращается колесо, тем меньше вероятность того, что оно упадет, поскольку на ось действует сила, удерживающая его в горизонтальном положении.
В соответствии с этим принципом люди используют для удержания направления создание чего-то, называемого гироскопом, а затем различными способами считывают с оси указанное направление и автоматически посылают сигналы данных в систему управления.
Основные компоненты гироскопа включают в себя
1. Ротор гироскопа (часто используется синхронный двигатель, гистерезисный двигатель, трехфазный двигатель переменного тока и другие методы сопротивления, чтобы заставить ротор гироскопа вращаться вокруг оси вращения с высокой скоростью, и чтобы его скорость была приблизительно постоянной).
2. Внутренняя и внешняя рама (или внутреннее и внешнее кольцо, представляющее собой конструкцию, благодаря которой ось вращения гироскопа приобретает необходимую угловую степень свободы).
3. Комплектующие (к ним относятся моментный двигатель, датчик сигнала и т.д.).
Две важные характеристики гироскопов
Гироскоп обладает двумя очень важными основными свойствами: одно из них - фиксированная ось, другое - прецессия, причем оба эти свойства основаны на принципе сохранения углового момента.
Ось
Когда ротор гироскопа вращается с большой скоростью, без какого-либо внешнего момента, действующего на гироскоп, направление оси вращения гироскопа в инерциальном пространстве остается стабильным, то есть указывает на фиксированное направление. И противостоит любой силе, изменяющей ось ротора. Это физическое явление называется фиксированной осью или стабильностью гироскопа.
Ее стабильность зависит от следующих физических величин:
1. Чем больше момент инерции ротора, тем выше устойчивость;
2. Чем больше угловая скорость ротора, тем выше устойчивость.
Так называемый "момент инерции" - это физическая величина, характеризующая инерцию жесткого тела при вращении. Если к двум разным жестким телам, вращающимся вокруг неподвижной оси, приложить один и тот же момент инерции, то угловые скорости, которые они получат, будут, как правило, разными. Жесткое тело с большим моментом инерции имеет малую угловую скорость, т.е. сила инерции для сохранения исходного вращательного состояния велика. И наоборот, жесткое тело с малым моментом инерции имеет большую угловую скорость, т.е. инерция для поддержания исходного вращательного состояния мала.
Прецессия
При вращении ротора с большой скоростью, если внешний момент действует на внешнюю ось кольца, гироскоп будет вращаться вокруг внутренней оси кольца. Если внешний момент приложен к оси внутреннего кольца, то гироскоп будет вращаться вокруг оси внешнего кольца. При этом направление угловой скорости вращения перпендикулярно направлению внешнего момента. Это свойство называется прецессией гироскопа.
На прецессию влияют три фактора:
1. Чем больше внешняя сила, тем больше угловая скорость прецессии;
2. Чем больше момент инерции ротора, тем меньше угловая скорость прецессии;
3. Чем больше угловая скорость ротора, тем меньше угловая скорость прецессии.
МЭМС-гироскоп
Кремниевые микроэлектромеханические гироскопы. Большинство МЭМС-гироскопов работают на основе переменных сил Кориолиса, возникающих при взаимно ортогональных колебаниях и вращениях. Микроэлектромеханические системы (МЭМС) представляют собой законченные микроэлектромеханические системы, объединяющие механические элементы, микродатчики, микроприводы, схемы обработки сигналов и управления, интерфейсные схемы, источники связи и электроэнергии.
МЭМС-гироскоп преобразует угловую скорость вращающегося объекта в сигналы постоянного напряжения, пропорциональные угловой скорости по теореме Кориолиса. Основные компоненты МЭМС-гироскопа изготавливаются серийно с применением технологий легирования, литографии, коррозии, LIGA и упаковки.
Основные характеристики:
1. малый размер, малый вес, длина стороны менее 1 мм, вес ядра устройства всего 1,2 мг.
2. Низкая стоимость.
3. Высокая надежность, срок службы более 100 000 часов, выдерживает удар силой 1000g.
4. Большой диапазон измерений.
Более ста лет назад Леон Фуко изобрел гироскоп для научных исследований. Теперь эта маленькая вещица перевернула нашу жизнь. Гироприбор может использоваться не только как индикатор, но, что более важно, как чувствительный элемент в системе автоматического управления, который может быть использован в качестве датчика сигнала.
В зависимости от потребностей гироскопические приборы могут выдавать точные сигналы, такие как азимут, уровень, положение, скорость и ускорение, чтобы пилоты или автоматические навигаторы могли управлять самолетами, кораблями или космическими кораблями для полета по определенному курсу, а при управлении ракетами, спутниковыми аппаратами или ракетами для исследования космоса и другими аппаратами эти сигналы могут использоваться непосредственно для управления положением и орбитой аппарата.
управление положением и орбитой аппарата.
Гироскопические приборы могут использоваться в качестве стабилизаторов для удержания поездов на монорельсе, для уменьшения раскачивания судов при ветре и волнении, для стабилизации камер, установленных на самолетах или спутниках, относительно земли и т.д.
В качестве прецизионного контрольно-измерительного прибора гироприборы могут обеспечивать точные опорные точки для наземных установок, шахтных туннелей, подземных железных дорог, бурения нефтяных скважин и ракетных шахт.
Без него не было бы ни самолета, ни ракеты, ни современной жизни, о чем, вероятно, не думали его изобретатели. Маленький гироскоп делает наш мир лучше.
Гироскоп GSY-MG2-100 компании Join Sunny - это гироскоп северного исполнения, основные характеристики которого следующие:
1. Нестабильность смещения 0,02°/час;
2. 0,005°/√час углового случайного хода;
3. Малый размер 11 x 11 x 2 мм.
Если вы хотите получить более подробную техническую информацию, пожалуйста, свяжитесь с нами.
Сообщений Просмотров: 0
Поделиться статьей