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挠性陀螺仪

挠性陀螺仪器

挠性陀螺仪同框架式陀螺仪一样，都有一个高速旋转的刚体转子，不同的是转子由挠性接头来支承，去除了支承轴上的摩擦干扰力矩。挠性陀螺仪的种类较多，工程上使用较多的是一种单平衡环挠性转子动力调谐陀螺仪。挠性陀螺仪具有体积小、重量轻、可靠性高、成本低、能够消除支承摩擦等特点。挠性陀螺仪主要用于惯性导航系统，提供角速度等信息。

基本结构
挠性陀螺仪主要由陀螺转子、挠性接头、驱动电机、信号器和力矩器五大部分组成。
陀螺转子为外缘向下延伸成环形凹槽的圆盘；挠性接头一般采用整体式动力调谐式挠性接头；驱动电机是一个磁滞马达，其转轴便是转子的自转轴；信号器由对称安装、反向串联的两个线圈及有关磁路组成；力矩器用来沿两进动轴对转子施加修正力矩或补偿力矩。
基本原理
挠性陀螺仪在工程上较多采用单平衡环挠性转子动力调谐陀螺仪，其挠性接头配置如图1所示。
挠性接头由相互垂直的内外挠性轴和一个平衡环构成，内挠性轴由一对内扭杆组成，外挠性轴由一对外扭杆组成，内挠性轴将驱动轴与平衡环相连接，外挠性轴将平衡环与转子相连。
内挠性轴线垂直于驱动轴线，外挠性轴线垂直于内挠性轴线，并与驱动轴交于一点。正常工作时，驱动电机高速旋转，通过内挠性轴带动平衡环转动，平衡环再通过外挠性轴带动陀螺转子旋转。
在无干扰的情况下，挠性陀螺仪的自转轴与驱动轴在同一条轴线上；在受到干扰力矩或壳体转动时，自转轴和驱动轴便不在同一轴线上。
驱动轴与自转轴（平衡环）之间的运动关系如图2所示。其中XYZ为与壳体固连的坐标系，Z轴为驱动方向；为与转子固连的坐标系，为自转轴方向。
动力调谐挠性陀螺仪的运动方程为：
其中为转子相对x轴的转角，为转子相对y轴的转角，为有效的转子径向转动惯量，J为有效的转子轴向转动惯量，为转子相对旋转轴角速度，为挠性支承弹性系数，为支承正交弹性系数，为相对x轴作用在转子上的力矩，为相对y轴作用在转子上的力矩。
当对挠性陀螺仪实现调谐时，约等于0，且剩余的正交弹性系数项的影响和f项的影响均可忽略，由此得到自由转子陀螺仪方程（其中）：
进一步可得到进动方程为：
特点
（1）体积小、结构简单、重量轻、成本较低
（2）可靠性高
（3）工作准备时间短
（4）消除了摩擦等干扰因素的影响
（5）能够承受的冲击和加速度有限，稳定性不够，寿命有限
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