Если относительно инерциальной системы частица движется прямолинейно, то относительно вращающейся системы ее траектория является кривой из-за инерции самой частицы. Исходя из того, что система вращается, мы полагаем, что существует сила, которая заставляет траекторию частицы формировать кривую. Кориолисова сила - это описание этого смещения, выраженное в виде:
То есть при помещении линейного движения во вращающуюся систему линейная траектория будет смещена, но фактически на задачу линейного движения эта сила не влияет. Возникновение такой виртуальной силы называется силой Кориолиса.
Поэтому в гироскопе мы выбираем два объекта, они находятся в постоянном движении, и делаем так, чтобы фаза их движения отличалась на 180 градусов, то есть два блока массы движутся в противоположных направлениях и одинакового размера. Сила Кориолиса, которую они создают, противоположна, тем самым сжимая две соответствующие емкостные пластины, заставляя их двигаться, что приводит к дифференциальному изменению емкости. Изменение емкости пропорционально угловой скорости вращения. Изменение угла поворота может быть получено из значения емкости.
Точность измерений IMU в основном определяется используемым гироскопом, поэтому гироскоп является основным компонентом навигационной системы. Общие инерциальные навигационные системы также непосредственно классифицируются по типу гироскопа. Основные инерциальные навигационные системы подразделяются на гибкие гироскопические инерциальные навигационные системы, электростатические гироскопические системы, волоконно-оптические гироскопические инерциальные навигационные системы, лазерные гироскопические инерциальные навигационные системы и микромашинные гироскопические инерциальные навигационные системы.
1.Гибкий гироскоп
Гибкий гироскоп состоит в основном из пяти частей: ротора гироскопа, гибкого шарнира, приводного двигателя, сигнального и моментного устройств. Для него характерны низкая стоимость, невысокая точность, ограниченный динамический диапазон, необходимость использования специального двигателя и контуров обратной связи по силе.
1.Электростатический гироскоп
Высокая точность, высокие технологические требования, высокая стоимость, необходимость использования сложных электронных устройств, таких как опорные системы и гониометрические системы. Разработка электростатических гироскопов в нашей стране началась в 1965 году и велась по схеме полой сферы компании Honeywell. В 1990 году она была сертифицирована со скоростью случайного дрейфа 0,001°/ч. В середине 1990-х годов перешли к разработке решения электростатического гироскопа на основе сплошного шара, однако технологические требования очень высоки, а крайне малые геометрические погрешности ротора или электродов будут вызывать отклонение интерференционных сил, что приведет к дрейфу гироскопа.
Электростатический гироскоп является наиболее точным гироскопом, он пригоден для длительной работы, поэтому широко используется на атомных подводных лодках и самолетах дальнего действия.
1.Лазерный гироскоп
В замкнутом оптическом тракте два пучка света, передаваемые по часовой и против часовой стрелки от одного и того же источника света, интерферируют, и угловая скорость вращения замкнутого оптического тракта может быть измерена по изменению разности фаз или интерференционной бахроме. Основным элементом лазерного гироскопа является кольцевой лазер.
Лазерный гироскоп обладает высокой точностью, ударопрочностью и широким динамическим диапазоном. Основная проблема заключается в том, что процесс его изготовления достаточно сложен, что приводит к высокой стоимости, а его объем и масса также слишком велики. Это ограничивает его дальнейшее развитие и применение. С другой стороны, это способствует развитию лазерных гироскопов в направлении снижения стоимости, миниатюризации и интеграции по трем осям.
1.Волоконно-оптический гироскоп
Волоконно-оптический гироскоп представляет собой чувствительный элемент на основе катушки из оптического волокна, при этом свет, излучаемый лазерным диодом, распространяется по оптическому волокну в двух направлениях. Разница в траектории распространения света определяет угловое перемещение чувствительного элемента. По сравнению с традиционным механическим гироскопом оптоволоконный гироскоп обладает такими преимуществами, как твердотельное исполнение, отсутствие вращающихся частей и узлов трения, длительный срок службы, большой динамический диапазон, мгновенный запуск, простота конструкции, малые размеры и малый вес. По сравнению с лазерным гироскопом у волоконно-оптического гироскопа нет проблемы блокировки, и ему не требуется точная обработка оптического пути в кварцевом блоке, поэтому его стоимость относительно низка.
Современный волоконно-оптический гироскоп - это прибор, позволяющий точно определять ориентацию движущихся объектов. Он является инерциальным навигационным прибором, широко используемым в современной авиации, навигации, аэрокосмической и оборонной промышленности. Развитие высоких технологий имеет большое стратегическое значение.
1.Гироскоп на основе микромашин (MEMS-гироскоп)
Малые размеры и малый вес. Микромашинные гироскопы в основном используют интегральную схемоподобную технологию обработки кремния. Размер устройства составляет порядка миллиметров, а масса - граммы.
Массовое производство, низкая стоимость, стабильные характеристики, высокая помехозащищенность. Поскольку устройство представляет собой единое целое и не требует сборки, оно обладает хорошей общей стабильностью и высокой надежностью защиты от помех.
Простота интеграции. Гироскоп, использующий МЭМС-процесс, легко интегрируется в систему, а встроенный в схему акселерометр позволяет реализовать инерционную комбинацию.
Благодаря перечисленным выше преимуществам гироскопы на основе МЭМС широко применяются в различных областях. Особенно в авиации, аэрокосмической промышленности, военном деле, промышленности, интеллектуальном производстве и других областях, где требуется большой вес и размер, МЭМС-гироскопы имеют абсолютные преимущества.
волоконно-оптический гироскоп
мемс-технология
компании по производству мэмс