第一節(jié) 產(chǎn)品定義、性能及應用特點

陀螺儀由一個高速旋轉轉子和保證轉子的旋轉軸能在空間自由轉動的支承系統(tǒng)組成的儀器。簡稱陀螺，又稱回轉儀。

人們利用陀螺的力學性質所制成的各種功能的陀螺裝置稱為陀螺儀（gyroscope），它在科學、技術、軍事等各個領域有著廣泛的應用。比如：回轉羅盤、定向指示儀、炮彈的翻轉、陀螺的章動、地球在太陽（月球）引力矩作用下的旋進（歲差）等。

陀螺儀最主要的基本特性是它的穩(wěn)定性和進動性。陀螺儀是量測載體的方位或角速度的核心元件，利用它的動力學特性制成的各種儀表或裝置廣泛用于航空、航天、航海的導航系統(tǒng)和穩(wěn)定裝置中。

陀螺儀的種類很多，按用途來分，它可以分為傳感陀螺儀和指示陀螺儀。傳感陀螺儀用于飛行體運動的自動控制系統(tǒng)中，作為水平、垂直、俯仰、航向和角速度傳感器。指示陀螺儀主要用于飛行狀態(tài)的指示，作為駕駛和領航儀表使用。

現(xiàn)在的陀螺儀分為，壓電陀螺儀，微機械陀螺儀，光纖陀螺儀，激光陀螺儀，都是電子式的，可以和加速度計，磁阻芯片，GPS，做成慣性導航控制系統(tǒng)。

陀螺儀的原理就是，一個旋轉物體的旋轉軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的。人們根據(jù)這個道理，用它來保持方向，制造出來的東西就叫陀螺儀。我們騎自行車其實也是利用了這個原理。

輪子轉得越快越不容易倒，因為車軸有一股保持水平的力量。陀螺儀在工作時要給它一個力，使它快速旋轉起來，一般能達到每分鐘幾十萬轉，可以工作很長時間。然后用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動將數(shù)據(jù)信號傳給控制系統(tǒng)。

陀螺儀器最早是用于航海導航，但隨著科學技術的發(fā)展，它在航空和航天事業(yè)中也得到廣泛的應用。陀螺儀器不僅可以作為指示儀表，而更重要的是它可以作為自動控制系統(tǒng)中的一個敏感元件，即可作為信號傳感器。

現(xiàn)代陀螺儀是一種能夠精確地確定運動物體的方位的儀器，它是現(xiàn)代航空，航海，航天和國防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導航儀器，它的發(fā)展對一個國家的工業(yè)，國防和其它高科技的發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

第二節(jié) 發(fā)展歷程

陀螺儀是一種既古老而又很有生命力的儀器，1852年，法國科學家傅科制作了一套能顯示地球轉動的儀器，命名為陀螺儀。1914年陀螺儀開始作為慣性基準構成飛機的電動陀螺穩(wěn)定裝置。20世紀20年代起，陀螺儀廣泛應用于船舶、飛機的自動控制、導航系統(tǒng)。直到50年代，陀螺儀在構造原理上改進不大，測量度不高。50年代之后，隨著靜電懸浮、撓性支撐技術的出現(xiàn)，陀螺儀的構造得到很大改善，精度大為提高。1975年，激光陀螺儀研制成功，它可靠性高，不受重力加速度的影響，在飛機的慣性導航中得到廣泛應用。

自從上個世紀七十年代以來，現(xiàn)代陀螺儀的發(fā)展已經(jīng)進入了一個全新的階段。1976年等提出了現(xiàn)代光纖陀螺儀的基本設想，到八十年代以后，現(xiàn)代光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發(fā)展，與此同時激光諧振陀螺儀也有了很大的發(fā)展。由于光纖陀螺儀具有結構緊湊，靈敏度高，工作可靠等等優(yōu)點，所以目前光纖陀螺儀在很多的領域已經(jīng)完全取代了機械式的傳統(tǒng)的陀螺儀，成為現(xiàn)代導航儀器中的關鍵部件。

第三節(jié) 產(chǎn)品技術發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)代陀螺儀是一種能夠精確地確定運動物體的方位的儀器，它是現(xiàn)代航空，航海，航天和國防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導航儀器，它的發(fā)展對一個國家的工業(yè)，國防和其它高科技的發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要是指機械式的陀螺儀，機械式的陀螺儀對工藝結構的要求很高，結構復雜，它的精度受到了很多方面的制約。自從上個世紀七十年代以來，現(xiàn)代陀螺儀的發(fā)展已經(jīng)進入了一個全新的階段。1976年等提出了現(xiàn)代光纖陀螺儀的基本設想，到八十年代以后，現(xiàn)代光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發(fā)展，與此同時激光諧振陀螺儀也有了很大的發(fā)展。由于光纖陀螺儀具有結構緊湊，靈敏度高，工作可靠等等優(yōu)點，所以目前光纖陀螺儀在很多的領域已經(jīng)完全取代了機械式的傳統(tǒng)的陀螺儀，成為現(xiàn)代導航儀器中的關鍵部件。和光纖陀螺儀同時發(fā)展的除了環(huán)式激光陀螺儀外，還有現(xiàn)代集成式的振動陀螺儀。

現(xiàn)代光纖陀螺儀包括干涉式陀螺儀和諧振式陀螺儀兩種，它們都是根據(jù)塞格尼克的理論發(fā)展起來的。塞格尼克理論的要點是這樣的：當光束在一個環(huán)形的通道中前進時，如果環(huán)形通道本身具有一個轉動速度，那么光線沿著通道轉動的方向前進所需要的時間要比沿著這個通道轉動相反的方向前進所需要的時間要多。也就是說當光學環(huán)路轉動時，在不同的前進方向上，光學環(huán)路的光程相對于環(huán)路在靜止時的光程都會產(chǎn)生變化。利用這種光程的變化，如果使不同方向上前進的光之間產(chǎn)生干涉來測量環(huán)路的轉動速度，就可以制造出干涉式光纖陀螺儀，如果利用這種環(huán)路光程的變化來實現(xiàn)在環(huán)路中不斷循環(huán)的光之間的干涉，也就是通過調整光纖環(huán)路的光的諧振頻率進而測量環(huán)路的轉動速度，就可以制造出諧振式的光纖陀螺儀。從這個簡單的介紹可以看出，干涉式陀螺儀在實現(xiàn)干涉時的光程差小，所以它所要求的光源可以有較大的頻譜寬度，而諧振式的陀螺儀在實現(xiàn)干涉時，它的光程差較大，所以它所要求的光源必須有很好的單色性。

第四節(jié) 產(chǎn)品工藝特點或流程

傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要是指機械式的陀螺儀，機械式的陀螺儀對工藝結構的要求很高，結構復雜，它的精度受到了很多方面的制約。自從上個世紀七十年代以來，現(xiàn)代陀螺儀的發(fā)展已經(jīng)進入了一個全新的階段。1976年等提出了現(xiàn)代光纖陀螺儀的基本設想，到八十年代以后，現(xiàn)代光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發(fā)展，與此同時激光諧振陀螺儀也有了很大的發(fā)展。由于光纖陀螺儀具有結構緊湊，靈敏度高，工作可靠等等優(yōu)點，所以目前光纖陀螺儀在很多的領域已經(jīng)完全取代了機械式的傳統(tǒng)的陀螺儀，成為現(xiàn)代導航儀器中的關鍵部件。

激光陀螺儀的原理是利用光程差來測量旋轉角速度（Sagnac效應）。在閉合光路中，由同一光源發(fā)出的沿順時針方向和反時針方向傳輸?shù)膬墒夂凸飧缮妫脵z測相位差或干涉條紋的變化，就可以測出閉合光路旋轉角速度。激光陀螺儀的基本元件是環(huán)形激光器，環(huán)形激光器由三角形或正方形的石英制成的閉合光路組成，內有一個或幾個裝有混合氣體（氦氖氣體）的管子，兩個不透明的反射鏡和一個半透明鏡。用高頻電源或直流電源激發(fā)混合氣體，產(chǎn)生單色激光。為維持回路諧振，回路的周長應為光波波長的整數(shù)倍。用半透明鏡將激光導出回路，經(jīng)反射鏡使兩束相反傳輸?shù)募す飧缮妫ㄟ^光電探測器和電路輸入與輸出角度成比例的數(shù)字信號。

纖陀螺儀是以光導纖維線圈為基礎的敏感元件，由激光二極管發(fā)射出的光線朝兩個方向沿光導纖維傳播。光傳播路徑的變化，決定了敏感元件的角位移。光纖陀螺儀與傳統(tǒng)的機械陀螺儀相比，優(yōu)點是全固態(tài)，沒有旋轉部件和摩擦部件，壽命長，動態(tài)范圍大，瞬時啟動，結構簡單，尺寸小，重量輕。與激光陀螺儀相比，光纖陀螺儀沒有閉鎖問題，也不用在石英塊精密加工出光路，成本低。

第五節(jié) 國內外技術未來發(fā)展趨勢 分析

隨著微電子學和微制造技術的發(fā)展，硅基材料被越來越多地用于制造傳感器，其中硅微機械陀螺儀已成為 研究 的熱點，微光機電陀螺儀是光學陀螺儀發(fā)展的一個重要的方向。而具有更高的集成度，體積更小的陀螺儀，如集成式的振動陀螺儀也是現(xiàn)代陀螺儀的一個重要的發(fā)展方向。

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