自由陀螺儀

自由陀螺儀的核心是一個高速旋轉的具有較大質量及轉動慣量的飛輪，稱為陀螺轉子。由于高速旋轉剛體的定軸性，陀螺轉子軸的方向在無外力矩作用時會相對慣性空間保持穩(wěn)定。為了使轉子能正常轉動，并不受陀螺基座及載體角運動的限制和影響，利用兩個框架支承隔離了外界的角運動，因此在框架支承允許的角度范圍內，陀螺轉子可作為慣性姿態(tài)基準。通過框架軸上安裝的角度傳感器測量殼體相對轉子軸的相對轉角，即可得到載體姿態(tài)信息。為了進行陀螺的初始定向或角位置歸零，在每個軸上還安裝有力矩器，通過向力矩器施加控制電流，可以控制轉子軸在慣性空間轉動到所需方向。

測量范圍：不超過10°

綜合漂移：1~5°/h

自由陀螺儀，泛指工作于測角狀態(tài)的兩自由度陀螺儀。因為陀螺轉子不隨殼體作角運動而得名，包括以框架（也稱常平架或環(huán)）結構支撐的機械式自由陀螺儀。無框架的由靜電支承的靜電陀螺儀、由氣體動壓效應支承的動壓氣浮陀螺儀，以及由撓性元件支承的動力調諧陀螺儀。工程上自由陀螺儀特指機械式兩自由度陀螺儀，無框架的靜電陀螺儀和動壓氣浮陀螺儀稱為自由轉子陀螺儀，撓性支承的稱為動力調諧陀螺儀或撓性陀螺儀。 這里介紹機械式自由陀螺儀。

內框架組件裝有陀螺轉子及驅動電機，其上、下部各有一個軸頸，構成內框架軸。通過兩個徑向滾準軸承與外框架組件連接，使之能繞內框架軸相對于外框架轉動。滾轉軸承可對內框架提供徑向支承，其軸向支承由懸掛裝置提供。內框架軸上裝有內軸傳感器、內軸輸電裝置和內軸力矩器。傳感器可將內框架組件相對外框架組件轉動的角位移轉變?yōu)殡娦盘?；而輸電裝置可將陀螺電機所需的電源，從外框架傳輸?shù)絻瓤蚣芙M件上；力矩器可以繞內框架軸對陀螺施加力矩，使陀螺繞外軸進動。

自由陀螺儀是最早出現(xiàn)的陀螺儀表，其構造比較簡單，造價較低，但精度也較低，因此主要應用于精度要求不高的場合，如飛機姿態(tài)指示儀表、自動駕駛儀的姿態(tài)敏感儀表，以及位置捷聯(lián)式慣性制導系統(tǒng)的姿態(tài)敏感儀表等。

振動陀螺儀音叉振動陀螺儀

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，它屬于單軸速率陀螺儀。

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蕩運動，雙臂振蕩的幅值相等，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說明，由于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，并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

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(xiàn)象外，音叉兩臂上所有對稱位置上的質點都會出現(xiàn)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。

振動陀螺儀殼體振動陀螺儀

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

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。

振動陀螺儀微機械振動陀螺儀

微機械振動陀螺儀是固態(tài)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。其一般測量范圍 為0- 1500°/s ，單極或兩極的輸出電壓可供選擇使用。