动力调谐陀螺仪

1、动力调谐陀螺仪的基本原理、 主要特点及应用情况 张小东 2120121057 什么是动力调谐陀螺仪 q 一种利用挠性支承悬挂陀螺转子，并将 陀螺转子与驱动电机隔开，其挠性支承的 弹簧力矩由平衡环产生的动力效应力矩补 偿的二自由度陀螺。 上图为国产高精度动力调谐陀螺仪HT-A3 q 转子通过一对外扭杆与平衡环连接， 平衡环通过一对内扭杆与电机轴连接。内 外扭杆具有很大的抗弯刚度和很小的抗扭 刚度，所以电机的驱动力矩可通过内、外 扭杆传给陀螺，而转子可绕内、外扭杆轴 线转动，在赤道平面内具有两个旋转自由 度，所以动力调谐陀螺是一种双自由度陀 螺仪。 基本工作原理 动力调谐陀螺仪的原理结构图 q 在

2、陀螺壳体上安装了位置中心对称的两 对信号器和两对力矩器，一轴上的电气对 称轴与另一轴上额的电气对称轴相互正交， 是陀螺的测量基准轴，同轴上的力矩器和 信号器的电气对称轴相重合。 q 转子镶有径向充磁的磁钢，力矩器是绕制在 陶瓷片骨架上圆柱面内的线圈，线圈有效工作段 镶在转子的环形槽内，且与环形槽留有一定的活 动空隙。当线圈通入施矩电流时，在径向磁场的 作用下，转子受到沿转子自转轴方向的电磁作用 力，同轴上的力矩器工作在推挽状态，产生的电 磁作用力对另一轴形成力偶，从而实现对陀螺施 矩。 q 信号器用来测量转子赤道平面相对壳体基准 面（由电气对称轴确定的平面）的偏转角，同轴 上的信号器输出接成差

3、动形式。 主要特点 q 能实现动力调谐，在动力调谐工作状 态下，平衡环扭摆产生的惯性力矩正好平 衡掉扭杆的扭杆弹性变形产生的弹性恢复 力矩，使转子成为自由陀螺； q 有平台型和捷联型两大类型； q 结构简单、体积小、重量轻、功耗少、 起动快、成本低、寿命长、抗冲击能力强、 精度高、适合于批量生产等； 国内发展现状 q1、优化设计，提高陀螺性能重复性和稳定 性 a、优化设计多种挠性接头，并进行试验验 证，提高了陀螺承载能力和重复性，减小 了陀螺 误差； b、优化设计磁路，提高了陀螺性能的稳定 性。 2 g q2、应用和研制新器件，提高陀螺使用精度 和使用寿命 a、应用轴联轴承，缩小了陀螺体积，提

4、高了轴承 的承载能力、轴系的旋转精度和电机寿命； b、研制混合磁路式永磁力矩器，提高了力矩器磁 路的工作效率，降低了磁路分布的不均匀性，减 小了漏磁率，减小了陀螺常值漂移系数的大小， 提高了逐次稳定性； c、研制永磁磁滞电机，采用磁滞启动，永磁主工 作的工作方式，启动方便，陀螺性能重复性好。 q3、完善工艺，提高陀螺质量和可靠性 a、改进挠性接头、磁钢等材料的热处理工艺和加工工艺； b、创新编制陀螺传感器梯度控制工艺，有效控制传感器 梯度； c、优化陀螺装配和调试流程； d、采用独特的零部件清洗、除气、存储及老化工艺，提 高陀螺质量和可靠性； e、研究一套电机轴承测试和装配方法，大大减小陀螺自

5、 振； f、探索一套陀螺振动测试方法和指标，为系统选配陀螺 提供依据。 q4、开展温控和补偿研究，减小陀螺漂移， 缩短陀螺准备时间 a、应用新技术，设计陀螺温控环境，大大缩短高 精度陀螺准备时间； b、深入开展温度场、温度控制和标定补偿研究， 有效减小由温度引起的温度漂移。 q5、建设基础平台，确保陀螺质量 a、配置电机、轴承装配和检测的多种专用设备； b、建设传感器、力矩器实验室，可测试传感器线 性度、传感器梯度、力矩器刻度系数的温度系数 和磁场的不均匀性； c、配备陀螺调试所需的各种专用设备。 q6、满足市场需求，研发新陀螺 为了满足应用市场需要，我国多家科研单位研发了新 的动力调谐陀螺：

6、 A、为了满足高精度惯性平台系统要求，开发了某平台型 动力调谐陀螺，其随机漂移 ，逐次漂移 同步时间小于20s。 B、为了满足小型化、高动态捷联惯性系统要求，研制出 某捷联型动力调谐陀螺，其外形尺寸 ，质量60g，随 机漂移 ，逐次漂移 ，同步时间小于3s。 以上研究均取得了很好的成果，并在多个惯性系统中 得到了成功应用。 0.003 / (1 )h0.003 / (1 )h 23 26 0.5 / (1 )h0.5 / (1 )h 应用情况 q 目前已用于水面、陆上捷联，快速寻北仪、 电视天线跟踪仪，并大量应用于航天捷联惯导系 统中，也可用于高动态运载体的姿态系统； q 在钻井领域中，惯性器

7、件的应用比起飞行领 域，在技术上要求更高、产品适应性更强，因为 它的工作条件恶劣、环境温度高，对温度的适应 及寿命要求都是非常苛刻，专为测井的情况下而 设计开发的更高精度的动力调谐陀螺仪，克服了 以上技术难关，其工作温度可达100度。 目前国内技术与国外的差距 q 我国动力调谐陀螺虽已发展了30多年， 形成了系列型谱，在许多领域获得了广泛 应用。但与国外同类型高性能陀螺相比还 存在差距。究其原因主要是在材料、工艺 等方面与国外差距较大。表现在技术水平 上，主要表现在以下几个方面： q1、陀螺精度国内比国外相对较低 目前国内动力调谐陀螺随机漂移和逐日 漂移的精度相对较低，国外如美国基尔福 特制导

8、与导航公司的MOD型陀螺连续工 作稳定性为 ，逐日漂移 ；德 国利铁夫公司K262陀螺随机漂移为 。 0.001 / h0.004 / h 0.001 / h q2、误差补偿国外比国内更精细更全面 如美国基尔福特制导与导航公司的K130A08陀 螺，为了补偿陀螺电机速率变化引起的陀螺标度 因数变化，减少逐日漂移，除采取温度控制、温 度补偿外，还在陀螺转子上设立一个位置标记， 电机每转一周输出一个脉冲，用于补偿误差。法 国测试仪器制造公司GAM1-G系列陀螺亦采用了 陀螺电机转速检测补偿和温度补偿装置。为了提 高陀螺工作寿命和可靠性，英国史密斯工业宇航 与防卫系统有限公司的2000系列和3000系列陀螺， 均采用气体