液浮陀螺儀

將陀螺框架組件用高密度液體懸浮．利用阿基米德原理使浮液浮力完全克服重力，實現中性懸浮使其支承軸承卸載，這種陀螺儀稱為全液浮陀螺儀，簡稱液浮陀螺儀(fluid floated gyroscope)。

液浮陀螺儀是目前慣性導航系統中套用極為廣泛的一種陀螺儀，它屬於框架式陀螺，其高速旋轉的陀螺轉子是由陀螺馬達驅動的。液浮陀螺儀的主要特點是轉子密封在充有惰性氣體的浮球(或浮筒)內，而浮球懸浮於氟油之中，通過精確的靜平衡以及溫度控制，使浮球所受的浮力與該組件的重力完全平衡，從而保證浮球定位用的寶石軸承上的摩擦力矩降到極微小的程度。

基本介紹

• 中文名：液浮陀螺儀
• 外文名：fluid floated gyroscope

分類

液浮陀螺儀通常按不同結構、工作原理、功能等進行分類，常見的分類有以下幾種。

1)按自轉軸所具有的進動自由度數目分為：單自由度液浮陀螺和雙自由度液浮陀螺。

2)按所採用的懸浮支承是單一的或是多重的分為：液浮陀螺(fluid floated gyroscope)、兩浮陀螺(dual-floated gyroscope)(採用動壓氣浮轉子、液浮框架)、三浮陀螺(triple-floated gyroscope)(採用動壓氣浮轉子、液浮框架、磁浮定中)。

結構組成

單自由度液浮陀螺儀

單自由度液浮陀螺儀(single—D()F fluid flo；Lted gyroscope)的典型結構如右圖所示。

各組成部分的主要作用及特點如下所述。

1)陀螺電機：提供陀螺動量矩，通常採用3相或2相磁滯同步電機，也可採用永磁電機等，一般為內定子外轉子形式。其軸承既可以是滾珠軸承，也可以是動壓氣浮軸承。

2)感測器組件：將浮子組件相對於殼體的機械轉角轉化為電信號，通常有動圈式和微動同步器式角度感測器。

3)力矩器組件：利用電磁原理產生力矩，常見有永磁式力矩器和電磁式力矩器。

4)浮子組件(即陀螺組件)：通常為圓柱形，也有紡錘形(即陀螺房)，其內裝有電機，預抽真空並充以一定』蕞力的高純度氦氣或氫氣，外部充滿懸浮液體，兩端有浮子配平機構，中間為樞軸(即進動軸)。

5)輸出軸承：由安裝在浮子組件上的一對樞軸和與其同心的安裝在殼體(或端蓋)上的一對寶石軸承組成。樞軸和寶石軸承由特殊材料製成，要求耐磨、硬度高、摩擦係數小、抗衝擊。也可同時採用磁懸浮支承．利用電磁力將浮子定位於支承中心。

6)殼體組件：提供密閉液浮環境和溫控組件。

7)浮液：通常為具有一定黏性的高密度液體，提供懸浮、阻尼以及抗振、熱傳遞等作用，常見的有氟氯油、氟溴油、矽油等。

8)平衡機構：利用增重或減重以及質心沿軸、徑向位移使浮子合力與合力矩均趨於零，滿足力學平衡條件。

9)引線裝置：通過軟導線(即導電遊絲)和絕緣子將電機、感測器、力矩器、磁懸浮等電磁元件輸電由內部引出。

10)限位裝置：限定浮子組件沿輸出軸的最大轉角。

11)溫控組件：由位於陀螺內部和殼體上的熱敏絲和加熱絲組成．與外圍溫控電路一起控制陀螺懸浮溫度。用測溫絲測量陀螺實際工作溫度。

12)波紋管組件：補償由於溫度變化引起的浮液體積變化。

13)陀螺外罩：起電磁禁止、保護和附帶保溫作用。

雙自由度液浮陀螺儀

雙自由度液浮陀螺儀)基本結構如右圖所示。

陀螺電機採用高精度滾珠軸承支承在密封的陀螺球(也稱浮球)內，為獲得較大動量矩採用丁字形外轉子結構。陀螺球由兩個半球殼體密封組成，內充氫氣或氦氣，以減少電機運轉風阻，防止零件和潤滑劑氧化，提高導熱性。陀螺球上裝有密封的絕緣子．其上焊接導電遊絲．供信號傳輸和電源供電用。三心調整裝置製成一組合件．同定在陀螺球兩端。陀螺球懸浮在浮液中，用寶石軸承定位。為獲得兩個轉動自由度．設計了環形裝置。起萬向支架作用。環上安裝兩對正交的寶石軸承座．分別與陀螺球和基座上的軸頸配合．形成陀螺垂直軸和水平軸。軸頸裝有調整和鎖定機構，保證軸向間隙。在工作溫度下，陀螺呈工性懸浮．浮球受到的浮力與重力相等而使內、外環寶石軸承支承卸載，軸承支承僅起定位作用。陀螺兩個輸出軸裝有兩個動圈式感測器和兩個直流動圈式力矩器。感測器轉子組件安裝在陀螺球上，其外端蓋上，定子通交流激磁。力矩器轉子組件安裝在陀螺球上，定子組件由磁鋼、導磁環等組成．也安裝在外端蓋力矩器轉子輸以直流控制信號。陀螺殼體由兩個外端蓋和基座組成密閉容器．內寬懸浮液。外端蓋兩端裝有波紋管組件。用以補償由溫度引起的浮液體積變化。外強內對稱分布的加熱絲和熱敏組成溫控組件．用於陀螺溫度控制．外罩起磁禁止、保護和附帶保溫作用。

與單自由度陀螺儀不同，雙自由度液浮陀螺儀陀螺球的一對樞軸安裝在內環上的寶石軸承中．然後，浮球與內環一起，通過內環上的一對樞軸安裝在殼體上的寶石軸承中．電機軸垂直於內、外環軸構成的平面．這樣陀螺球(即電機軸)具有沿內環軸和外環軸兩個方向轉動的自由度。

用兩個正交安裝的感測器來測量浮球繞兩個正交方向的角位移，其輸出分別與繞內環軸和外環軸的轉動相對應。同樣．用兩個正交安裝的力矩器分別控制兩個正交方向的運動．以產生繞內環軸和外環軸的力矩。

這種雙自由度液浮陀螺儀．同時敏感兩個正交軸的角運動，用2個陀螺作敏感元件構成3軸穩定平台系統．可以實現一軸冗餘。為保證精度，浮球沿兩個正交軸的工作角度範圍很小。

性能參數

隨機漂移

隨機漂移/（°/h）	液浮，兩浮	三浮
一次通電穩定性	0.001~0.0001	0.0001~0.00001
多次通電穩定性	0.01~0.001	0.0001~0.00001
長期穩定性	0.01~0.001	0.001~0.0001

速率測量範圍

10^-6~10³°/s

特點及適用範圍

液浮陀螺儀具有精度高、可靠性高、環境適應能力強等優點．但結構比較複雜，生產成本較高，因此主要適用於精度要求高、環境條件惡劣的載體和系統中．包括飛機、艦船、飛彈、火箭、車輛等載體及多種武器系統。其中．兩浮、三浮陀螺儀還具有壽命長的優點．特別適用於戰略飛彈、核潛艇、空問站等的導航、航姿系統。