[科普中国]-流体转子陀螺仪

简介

流体转子陀螺仪中，用装在容器中的旋转流体代替刚体作为转子，可以用于测量角位移或角速度。2

根据容器与流体之间绕陀螺自转轴的相对运动情形，可以把流体转子陀螺仪分为两大类：第一类是容器与流体之间没有相对运动，也就是说容器带动流体一起转动，这种陀螺简称为流体转子陀螺；第二类是容器不动，其中充满了导电流体，用适当的方法（例如旋转磁场）使流体相对于容器绕陀螺自转轴转动，这种陀螺称为电磁流体陀螺。这两类流体转子陀螺的结构示意图均在右图中显示。1

原理右图为流体转子陀螺仪的示意图。球形容器腔体内充满质量均匀的流体。球形容器由马达驱动绕对称轴高速旋转，容器内的流体随腔体一起作高速旋转，腔体的一侧有一个压差传感器。传感器的开口与腔体自转轴的夹角是。当腔体高速旋转时，流体随之旋转，流体的自转轴与容器的自转轴相重合，压差传感器上下两端口敏感的流体压力是相等的，陀螺仪的信号为零。3

当容器出现一个转角，这时压差传感器两个端口与流体自转轴的距离就不相等了，上面的距离是，下面的是。流体绕流体的瞬时自转轴转动，在两端口处流体转动产生的离心力不一样，压差传感器输出压差信号。由于压差传感器随腔体一起转动，压差信号是随腔体转动的正弦变化的信号，信号的幅度正比于腔体自转轴与流体瞬时自转轴的夹角。3

流体转子陀螺仪工作在闭环状态，即随动系统根据压差传感器输出的信号经解调得到偏角，驱动执行机构时腔体反向转动，使两个自转轴相重合。可见这样流体转子陀螺与机械转子陀螺一样有了“定轴性”，它可以灵敏地测量出容器的偏转。如果没有随动跟踪系统，流体的转动是由腔体转动带起来的，流体的自转轴全自动慢慢地趋近腔体的自转轴，所以没有快速的随动系统，流体转子的定轴性就显现不出来了。3

特点流体转子陀螺具有下列特点：

机械磨损问题对陀螺的性能不影响或者影响很小；

容器起到了框架的作用；

流体转子可以始终满足静、动平衡的要求；

均匀的流体始终满足等弹性的要求；

结构简单，容器制造；

温度分布的不均匀性以及流体的热膨胀会影响陀螺的特性。1