陀螺仪工作原理[共57页].ppt

速度、转速、加速度测量;速 度 测 量; 测量原理： 1. 物体运动的线速度可以从物体在一定时间内移动的距离或者从物体移动一定距离所需的时间求得，这种方法只能求某段距离或时间的平均速度。越越小，越接近瞬时速度。 ;光束切断法; 图2 光束切断式速度测量; 相关法检测线速度，是利用随机过程互相关函数的方法进行的，其原理如图3所示。被测物体以速度V行进，在靠近行进物体处安装两个相距L相同的传感器（如光电传感器、超声波传感器等）。传感器检测易于从被测物体上检测到的参量(如表面粗糙度、表面缺陷等），例如对被测物体发射光，由于被测物表面的差异及传感器等受随机因素的影响．传感器得到的反射光信号是经随机噪声调制过的。图中传感器2得到的信号x（t）是由于物体A点进入传感器2的检测区得到的。当物体A点运动到传感器1的检测区．得到信号y（t）。当随机过程是平稳随机过程时，y(t)的波形和x（t)是相似的，只是时间上推迟了t0(=L/v)，即; 图3 相关测速原理图 ;可用于生产过程中的塑料板带、布、钢板带等速度检测。 注意测量辊与被测物之间的滑移所造成的测量误差。;皮托管测速法;理想不可压缩流体在重力场中作定常流动时，具有三种形式的能量：位势能、压力势能和动能，在流线上任何一处三者能量之和保持恒定。;皮托管： ; 多普勒测速; 图4多普勒效应原理; 图4多普勒效应原理;后向散射型多普勒测速原理;多普勒效应的另一种解释;; 利用多普勒效应制成的仪器有激光多普勒测量仪、超声多普勒测量仪等，具有精度高、非接触、不扰乱流场、响应快、空间分辨率高、使用方便的特点，广泛用于流速测量、工业中钢板、铝材测量、医学中血液循环监测、医学诊断等。;陀螺仪测角速度（gyroscope ）;陀螺仪原理：;Js为陀螺转子的转动惯量;三自由度陀螺结构原理如图所示。三自由度陀螺具有以下主要特性： 1)定轴性 2)进动性 3)无惯性 ; (2)微分陀螺仪作用原理 图中标注直角坐标系Oxyz，X轴沿框架轴旋转方向。Y轴称为陀螺仪的输入轴。因为微分陀螺仪就是测量它的壳体绕Y轴转动的角速????，故又称为测量轴。Z0的方向为主轴起始位置，即当?＝0时，Z轴应与Z0重合。;两根弹簧应调节得使主轴在起始位置时，弹簧作用于框架上的力矩为零。X轴称为输出轴，因为具有角速度的壳体将引起框架绕X轴转动。 当转子高速旋转时，壳体以角速度 ?绕Y轴转动。根据二自由度陀螺特性，将产生陀螺力矩Mg，使H以最短途径向 运动，从而将使转子轴抬头向上转动，主轴将偏离起始位置Z0轴。当框架绕X轴转动时，弹簧将产生弹性力矩My反抗陀螺力矩Mg。只有在陀螺力矩和弹性力矩以及框架转动而引起的摩擦力矩Mf相平衡时，框架停止转动。这时框架运动的角? 就反映了壳体Y轴转动的角速度? 。;3.;第二节 转速测量;（2）转速传感器;光电式转速传感器;转轴每旋转一周，光敏元件就输出数目与白条纹数目相同个电脉冲信号。;磁电感应式转速传感器;随着转速下降输出电压幅值减小，当转速低到一定程度时，电压幅值将会减小到无法检测出来的程度。故这种传成器不适合于低速测量。;电涡流式转速传感器;（3）数字化电路 为了读出被测转速，还需要进一步把传感器输出信号的频率或周期转换成数字量，以便于数字显示。一般对中、高转速采用频率法，对低转速采用周期法测量。 ; 在电子计数器采样时间内对转速传感器输出的电脉冲信号进行计数。利用标准时间控制计数器闸门。当计数器的显示值为N时，被测量的转速n为; 时基电路的功能是提供时间基准(又称为时标)，它由晶体振荡器和分频器电路组成。振荡器输出的标准频率信号经放大整形和分频后，产生出以脉冲宽度形式表示的时间基准， 来控制计数门(其中fv振荡器的输出频率，n为分频数;周期法测转速;数字式转速测量系统; 四、闪光测转速法 闪光测转速法是利用人眼的视觉暂留现象来测量转速。一个闪光目标，当闪动频率大于10Hz时，人眼看上去就是连续发亮的。根据这一原理，用一个频率连续可调的闪光灯照射被测旋转轴上的某一固定标记(如齿轮的齿，圆盘的辐条或在旋转轴上涂以黑白点)，并调节闪光频率f，直到旋转轴上出现一个单定象为止，即达到n=f的条件，这时便可以从电子计数器或圆刻度盘上读出被测的转速值。 ;但是若在连续两次闪光的时间间隔内，旋转轴转过整数倍的因数时，即n＝k0f时，也会出现单定象。式中的k0为单定象停留的次数(1、2、3、…)。 还可能出现另一种情况，即当闪光频率比被测转速高二倍、三将、…、m倍时，则会出现二重象、三重象以至于m