基本介紹
- 中文名：自由轉子陀螺儀
- 外文名：free-rotor gyroscope
- 特點：無接觸、無框架支承
- 類別：陀螺儀的一種
介紹,陀螺儀結構,套用形式,特點,
介紹
自由轉子陀螺儀是無框架、無接觸支承的一類陀螺。其支承部分通常為具有兩個轉動自由度的球形狀。如靜電陀螺、超導陀螺和動壓氣浮陀螺等。此類陀螺可直接利用轉子和殼體的相對運動來輸出信號，陀螺相對慣性空間的穩定性很高，測量精度也高。現代動壓氣浮陀螺的漂移率可達0.01度/小時以上，靜電陀螺的漂移率可高達0.001度/小時。但是自由轉子陀螺儀結構複雜，對材料和加工工藝要求高，成本昂貴，常用於高精度陀螺穩定平台和導航系統。
陀螺儀結構
一個簡化了的自由轉子陀螺儀的結構如圖1所示。轉子是一種能獲得最大角動量的凸緣型轉子，繞固定的球支承具有任意的角自由度。所謂球支承，其作用相當於一個萬向軸承。陀螺儀內部空間中充有氣體，一般採用氫氣體或氮氣體。當轉子旋轉的時候，氣體的有限粘性使上述氣體抽進球與轉子之間的氣隙。於是，就在靠近氣隙的狹窄的一邊形成一個高壓區，這個高壓區支撐著轉子，力圖使轉子對球保持定中心。因此，旋轉著的轉子就浮在氣體薄膜上而不與球直接接觸。
圖1 簡化的自由轉子陀螺儀結構
兩個非磁性材料做的感應杯各安裝在轉子的一邊。一個感應杯就作為陀螺電機的轉子，另一個感應杯則是一個加精確力矩給陀螺轉子的機構。自由轉子陀螺儀採用電容式感測器來感受陀螺轉子繞垂直於標稱旋轉矢量的軸產生的角運動。
套用形式
自由轉子陀螺儀主要有內轉子式的靜電懸浮陀螺儀和外轉子式的動壓氣浮陀螺儀。以下介紹動壓氣浮陀螺儀。
動壓氣浮陀螺儀
動壓氣浮陀螺儀，一般簡稱動壓陀螺儀，用一個球形支承代替二自由度框架式陀螺的三對軸承，懸浮氣一個自由轉子，使其具有3個自由度。圖2為自由陀螺儀與自由轉子陀螺儀支承方式對比。
圖2 支承方式對比
動壓陀螺儀沒有框架結構，減少了儀錶轉動部件，從而簡化了設計，減少了機械加工與裝配的工作量。動壓陀螺儀的轉子由一層氣膜支承，運轉過程中完全沒有機械接觸和磨損，從而延長了陀螺儀的使用壽命。
特點
自由轉子陀螺儀具有結構簡單、沒有磨損、工作壽命長等優點，但其角度活動範圍有限，而且當轉、定子相對位置不在零位時，電機驅動力矩對轉子形成擾動，會限制其精度。
