惯性器件应用介绍

惯性器件

惯性导航系统通常由惯性测量装臵、计算机、显示器等组成。惯性测量装 臵由两大核心惯性元器件组成:加速度计和陀螺仪。三个自由度的陀螺用来测量 飞行器的角加速度，三个加速度计用来测量飞行器的加速度，计算机通过测得的 角加速 度和加速度数据计算出飞行器的速度和位子数据。性能先进的惯性器件是 先进惯性导航系统的前提。

陀螺仪

传统意义上的陀螺仪是安装在框架中绕回转体的对称轴高速旋转的物体。 陀螺仪具有稳定性和进动性，利用这些特性制成了敏感角速度的速率陀螺和敏感 角偏差的位置陀螺。由于光学、MEMS 等技术被引入于陀螺仪的研制，现在习惯上把能够完成陀螺功能的装臵统称为陀螺。

陀螺仪种类多样，按陀螺转子主轴所具有的进动自由度数目可分为二自由 度陀螺仪和单自由度陀螺仪;按支承系统可分为滚珠轴承支承陀螺，液浮、气浮 与磁浮陀螺，挠性陀螺(动力调谐式挠性陀螺仪)，静电陀螺;按物理原理分为利用高速旋转体物理特性工作的转子式陀螺，和利用其他物理原理工作的半球谐振 陀螺、微机械陀螺、环形激光陀螺和光纤陀螺等。

根据其精度范围大致分为超高精度陀螺仪、中高精度陀螺仪和低精度陀螺 仪。超高精度陀螺仪指精度范围在 10-6 o/h~5*10-4 o/h 范围内的陀螺仪，主要包括液浮陀螺、静电陀螺等，目前最高精度的陀螺仪是静电陀螺仪。中高精度陀螺 仪指精度在 5*10-4 o/h~10-1 o/h 的陀螺仪，目前最有发展前景的陀螺仪是光学陀螺仪，激光陀螺属于第一代光学陀螺，光纤陀螺属于第二代光学陀螺，最近几年 ，由于光纤陀螺在精度、性能和尺寸上具有更大的潜力，越来越受到各国军方的 青睐。低精度陀螺仪是指精度范围超过 10-1 o/h 的陀螺仪，目前发展前景较好的是MEMS 陀螺仪，虽然精度低，但低廉的价格使其具有广阔的应用前景。

机电陀螺

机电陀螺是传统的第一、二代陀螺仪，主要包括第一代液浮、气浮、磁悬浮陀螺，以及挠性、静电等第二代陀螺。机电陀螺的共同点在于转子都是安装在框 架中绕回转体的对称轴高速旋转，属于刚体转子陀螺仪，不同点在于支撑系统不 一样。第一代液浮、气浮、磁悬浮陀螺精度虽高，但结构复杂，制造困难、成本 很高。随着惯性导航系统的推广，尤其是在飞机上的广泛应用，寻求一种中高精 度、但结构简单、成本较低的陀螺成为当时迫切需要解决的问题。

挠性陀螺

60 年代初，出现了一种新颖支撑原理的挠性陀螺解决了第一代陀螺仪的问题。挠性陀螺的转子利用挠性接头支撑，去除了支承轴上的摩擦干扰力矩，具有体积小、重量轻、可靠性高、成本低、能够消除支承摩擦的优点，目前应用范围广 泛，从平台式到捷联式，从飞机、导弹到舰船、航天飞行器均有所应用。

静电陀螺

静电陀螺是应用电场原理，在超真空的腔体内由静电场产生的吸力来支承 球形转子的一种自由转子陀螺，和挠性陀螺同属第二代陀螺仪。静电陀螺技术是 当今世界上最高精度的惯性技术，目前世界上只有美国、俄罗斯、法国和中国掌 握并成功地应用了这一技术。静电陀螺惯性系统价格昂贵、结构体积较为庞大， 一般应用在弹道导弹核潜艇或航空母舰上。

光学陀螺

光学仪器被用来测量地球的转动始于 1913 年法国物理学家 Sagnac 提出的 Sagnac效应，真正实用的激光陀螺在 1963 年研制成功。此后，基于 Sagnac 效应的光学陀螺迅速发展，激光陀螺和光纤陀螺是目前军事应用领域使用最广泛的陀 螺，以其为主要惯性器件的捷联惯性导航系统更是逐步取代成本高昂的基于机电 陀螺的平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统。

加速度计

加速度计是惯性导航系统的另一核心元件。加速度计是用来感测运动载体 沿一定方向的比力的惯性器件，可以测量出加速度和重力，从而计算载体的速度和位臵。加速度计的分类:按照输入与输出的关系可分为普通型、积分性和二次积 分型;按物理原理可分为摆式和非摆式，摆式加速度计包括摆式积分加速度计、 液浮摆式加速度计和挠性摆式加速度计，非摆式加速度计包括振梁加速度计和静 电加速度计;按测量的自由度可分为单轴、双轴、三轴;按测量精度可分为高精 度(优于 10-4m/s2)、中精度(10-2 m/s2–10-3 m/s2)和低精度(低于 0.1m/s2)三类。lw