3 Gyroscopes

3.1 Types of Gyroscope

本节介绍了陀螺的主要类型。注意，这不是一个详尽的列表。特别是有许多不同种类的机械陀螺仪没有描述。一个更全面的调查可以在[1]中找到。

3.1.1 Mechanical

传统的陀螺仪包括一个安装在两个框架上的纺车，它可以在三个轴上旋转，如图5所示。角动量守恒的一个作用是，纺车会抵抗方向的变化。角动量守恒的一个作用是，纺车会抵抗方向的变化。因此，当一个机械陀螺仪受到一个旋转，车轮将保持恒定的整体方向相邻万向节（）之间的角度会发生变化。为了测量设备的方向，可以使用角度拾取来读取相邻万向节之间的角度。请注意，传统的陀螺仪测量方向。相比之下几乎所有的现代 陀螺仪（包括第3.1.2和3.1.3节中概述的光学和MEMS类型）是测量角速度的速率陀螺仪。

机械陀螺的主要缺点是含有运动部件..运动部件引起摩擦，这反过来又使输出随着时间的推移而漂移..尽量减少高精度摩擦 使用轴承和特殊润滑剂，增加了设备的成本。机械陀螺也需要几分钟的热身时间，这在很多情况下并不理想.

3.1.2 Optical

光纤陀螺利用光的干扰来测量角速度。光纤陀螺由一大圈光纤组成.为了测量旋转，两束光束被发射到线圈中 相反的方向。如果传感器正在进行旋转，那么沿旋转方向运动的光束将经历比光束旅行的光纤另一端更长的路径 如图6所示。

这就是所谓的Sagnac效应。当光束离开纤维时，它们是结合在一起的。由于Sagnac效应引入的相移导致光束干涉，形成一个组合光束强度取决于角速度。因此，可以通过测量组合光束的强度来测量角速度。

环激光陀螺仪（R LGs）也是基于Sagnac效应..光纤陀螺和RLG的区别在于，在RLG中，激光束是利用反射镜围绕一条闭合路径定向的而不是光纤。

与机械陀螺不同，光学陀螺没有运动部件，启动只需要几秒钟。光学陀螺的精度在很大程度上取决于光传输的长度 选择路径（较大更好），这受到设备大小的限制。

3.1.3 MEMS Gyroscopes 

尽管经过多年的发展，机械陀螺仪和光学陀螺仪仍然有很高的零件数量和对零件高精度公差和复杂的装配技术的要求。因此仍然很贵。相比之下，用硅微加工技术制造的MEMS传感器的零件数较低（一个MEMS陀螺仪可以由三个部分组成），而且相对便宜。

MEMS陀螺仪利用了Coriolis（科里奥利）效应，该效应指出，在以角速度ω旋转的参考框架中，随着速度v运动的质量m经历了一个力：

 MEMS陀螺仪包含测量科里奥利效应的振动元件。存在许多振动元件几何形状，如振动轮和音叉陀螺仪。最简单的几何结构是由单个质量组成，它沿着驱动轴振动，如图7所示。当陀螺仪转动时，由于科里奥利力的作用，沿垂直轴产生二次振动。
角速度可以通过测量这个二次旋转来计算.

目前，MEMS传感器的精度无法与光学设备相媲美，但在未来有望做到这一点。下面是MEMS传感器的优点列表，取自[1]。

 如前所述，MEMS陀螺仪的主要缺点是它们目前的精度远低于光学器件。表1说明了MEMS技术的优缺点 通过比较霍尼韦尔制造的两个陀螺仪的规格来命名。所述G1320AN为单轴数字激光陀螺.GG5300是一个三轴MEMS速率陀螺。请注意，MEMS包不仅包含三个陀螺仪，而且功耗更低，启动时间更短，而且比光学设备更小、更轻.从偏置稳定性和角随机游走的测量结果可以看出，MEMS器件的主要缺点是精度低。这些度量类型将在3.2节中进行解释。