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1. 船用穩(wěn)定平臺設計

要根據(jù)船型,、裝載、航速等情況調節(jié)舵角比例,，以獲得一個合適的舵角比,。比例-微分調節(jié)自動舵 具有比例和微分控制環(huán)節(jié)的自動舵。這種自動舵的輸入控制信號與偏航角φ及偏航角速度(即偏航角的微分)dφ/dt成正比,。因而偏舵角α的大小與偏航角及其角速度的大小成正比：α=f(φ，dφ/dt),。

采用這種調整規(guī)律既考慮到偏航角大,，偏舵角應該大，又考慮到偏航角速度大,，也應增大偏舵角,。

引入微分環(huán)節(jié)，可以加快給舵速度,，更好地克服船舶回轉慣性,，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和船舶回轉慣性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和航向精確度,。

2. 船舶優(yōu)化設計

船舶雷達必需要年檢,。

 大型船舶是當下適用最為普遍的船舶類型，雷達作為輔助的航行工具,，在具體的使用過程中,，不僅減輕了駕引人員的工作強度，還可以增強船舶航行的效率和質量,，提高整個傳播航行的效益,。隨著科技的發(fā)展，雷達的形式不斷變化,，在性能行業(yè)進行了較大的提高,，但是在使用和保養(yǎng)方面的具體措施的落實在缺乏一定的質量，還有很多不值得推廣和使用的方法,，必須進行一定的技術優(yōu)化,，才能使得雷達在船舶的使用中，發(fā)揮最大的積極的作用,。

3. 船身穩(wěn)定裝置

一類三副船舶穩(wěn)定性：

船舶穩(wěn)定性是指船舶在外力矩作用下偏離其初始平衡位置而傾斜,，船舶具有抵抗外力并當外力矩消除后船舶還具有恢復原來平衡狀態(tài)的能力,。

船舶穩(wěn)定性的好壞并不是簡單的憑船舶的這種復原能力大小來判斷。任何時候,，船舶都需要結合自身及環(huán)境因素,，保留一個適當?shù)姆€(wěn)性。

4. 船用穩(wěn)定平臺設計原理

淺灘定位錨是用錨,、錨纜和錨鏈將海洋結構物或船舶系留于指定海域,，限制外力改變船舶或結構物的狀態(tài)，使其保持在預定位置上的定位方式,，以減少由于過度運動造成的停鉆時間,，如鉆井平臺、鉆井船等,。

船舶和海洋結構物主要采取錨泊定位與動力定位兩種方式來保證海上施工的穩(wěn)定,。錨泊定位與動力定位相比，其優(yōu)勢在于它所需投資較少,、使用維護方便,、安全性高等。因此,，錨泊系統(tǒng)在海洋結構物和工程船舶作業(yè)中廣為應用,。

5. 船舶穩(wěn)定性

有一些船裝有減搖鰭，液壓控制,，風浪大的時候可以打開,，以增加橫搖時的水阻力，減小橫搖幅度,。

雙體船設計雙體船設計大家看到的很多高速游輪很多才有雙體船設計,，通俗來講即是將兩個船體連接起來，一般裝有雙槳雙舵,，操控性能良好,。雙體船設計大大提高了船舶浮心，降低了重心,，前文述浮心和重心間的距離決定船舶的穩(wěn)性,，因此該類船舶穩(wěn)定性大大提高，搖擺性比單體船少,，進而增加了整體船員的乘坐舒適度及減少了暈船的機率,。同時還不需要安裝“平穩(wěn)器”類的設備，也減少了購置成本,。

6. 船載穩(wěn)定平臺

1.智慧水運電商模式,，提供供應鏈一體化服務

平臺采用在線競價模式，貨主將貨物在平臺上發(fā)標，船方結合自己的運力爭取承運機會,，出價最低者獲得承運機會,，貨款可在線支付。平臺免費為用戶提供船舶位置查詢服務和實時移動視頻可視化服務,，大大提高了配載效率,，大幅度降低貨方運費的同時提高了船東的收入。平臺真正實現(xiàn)了供需信息透明,，解決了船舶空駛問題,，提高了船舶運輸效率。

平臺為用戶提供了一整套的智能物流供應鏈解決方案,，包括信息流,、物流、資金流,、票據(jù)流和證據(jù)流等,，保證了票據(jù)流的真實性，大大降低了稅務機關對航運業(yè)的監(jiān)管難度,，推動航運規(guī)范化發(fā)展,。

（1）“基站十平臺”模式確保全程可追溯

依托平臺“天眼”系統(tǒng)，實時掌握車,、船動態(tài)和貨物狀態(tài)，實現(xiàn)物流場景可視化和全程可追溯,，為交易的真實性提供依據(jù),，確保了運輸過程中的安全性、可控性,。

（2）信息在線發(fā)布與運力競價

平臺通過發(fā)布車,、船、貨,、港等信息,，移動端主動推送，實現(xiàn)在線供需自動匹配,、低價中標的交易模式,。

（3）票據(jù)直通車

通過視頻留證、電子合同,、電子運單等數(shù)據(jù)驗證技術,，提供物流過程的真實依據(jù)，有效解決了票據(jù)流的真實性難題,。

（4）構建誠信體系

平臺依托大數(shù)據(jù)分析技術,，建立平臺企業(yè)誠信體系，直接對接政府監(jiān)管系統(tǒng)，為政府監(jiān)管提供可靠依據(jù),。

（5）提供供應鏈金融服務

平臺在真實交易和風險可控的基礎上,，引入銀行、保險,、第三方金融機構人駐,，為平臺企業(yè)提供在線保險、在線運費融資等功能,，解決中小運輸企業(yè)流動資金的問題,。

2.實施關鍵技術創(chuàng)新，支撐物流大數(shù)據(jù)

公司在沿江,、沿海布了500多個AIS船舶信號接收基站,，并在該系統(tǒng)基礎上自主研發(fā)SDVR船載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以滿足船東,、貨主實時掌握船舶動態(tài)和貨物運輸狀態(tài)的可視化需求,。通過船聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通,，可獲取并應用2萬多個碼頭泊位信息,、16萬條運輸船舶信息，每年獲取長江沿海船舶裝卸和潮汛天氣動態(tài)數(shù)據(jù)超過1000萬條,，船舶自動識別系統(tǒng)產生的數(shù)據(jù)超過8000萬條,。

（1）AIS船舶定位技術：具備微信、網(wǎng)頁查船位功能,，可以對沿海沿江16萬艘船舶的運行軌跡進行實時監(jiān)管,。

（2）SDVR船載視頻監(jiān)控系統(tǒng)：可實現(xiàn)在線視頻監(jiān)控、視頻錄像,、錄像回放,、云儲存、遠程指揮操作,、夜間拍攝等功能,，實現(xiàn)運輸過程可視化。

（3）電子圍欄技術：在長江和沿海進行了電子圍欄,，可以及時推送貨運信息給貨源地附近船舶,。

（4）價交易平臺：采用在線競價交易模式，貨方在平臺上發(fā)標,，船方競標,，供需自動匹配。

（二）依托“互聯(lián)網(wǎng)十多式聯(lián)運十無車承運”打造長江經濟帶多式聯(lián)運平臺

1.“互聯(lián)網(wǎng)十多式聯(lián)運”提供物流一體化解決方案

由江蘇省交通廳,、江蘇省經信委指導,、物潤船聯(lián)開發(fā)運營的“長江經濟帶多式聯(lián)運公共信息與交易平臺”,，是國內首家“互聯(lián)網(wǎng)十多式聯(lián)運”的公共信息與交易平臺，綜合水路,、鐵路,、公路、港口等多種貨物物流數(shù)據(jù),，強大的AI智能系統(tǒng)給客戶提供了一鍵競價,、在線支付、票據(jù)開具,、貨運保險,、貨物動態(tài)與視頻查詢等服務功能，實現(xiàn)了物流的信息化,、可視化,、網(wǎng)絡化、智能化,。同時,，物潤船聯(lián)利用無車承運人身份，依托平臺海量的供需資源和物流大數(shù)據(jù),，提供無車/船承運服務,，為用戶提供整體多式聯(lián)運解決方案。

平臺規(guī)劃了包括水路,、港口,、鐵路、公路,、多式聯(lián)運以及監(jiān)管單位在內的六大子系統(tǒng),。

（1）水路子系統(tǒng)。包括找貨找船,、在線竟價、調度計劃,、運價指數(shù),、長江水位、潮汐表,、船舶動態(tài),、船載視頻等功能。

（2）港口子系統(tǒng),。通過接入沿海,、長江、運河等港口的數(shù)據(jù),，實現(xiàn)了各港口基本信息,、實時在線視頻以及船舶預抵港信息查詢等功能,。主要包括全國主要港口信息、港口企業(yè),、港口基礎設施數(shù)據(jù),、港口船舶預抵港信息一站式查詢、港口節(jié)點信息查詢發(fā)布港口實時狀況在線可視化等,。

（3）鐵路子系統(tǒng),。通過接入各鐵路局數(shù)據(jù)，實現(xiàn)鐵路貨運信息,、貨物跟蹤,、運費查詢、貨運站查詢等功能,。

（4）公路子系統(tǒng),。通過接入全國貨源、車源信息,，實現(xiàn)車貨需求在線撮合,、車輛跟蹤等功能，能夠實現(xiàn)車貨信息快速匹配,、承運車輛路徑隨時掌握,、承運過程透明可控。

（5）多式聯(lián)運子系統(tǒng),。包含線路優(yōu)化,、價格推薦、最優(yōu)運輸方案推薦等功能,。

（6）監(jiān)管單位子系統(tǒng),。通過與行業(yè)管理機構的信息互通，實現(xiàn)行業(yè)信息共享,、政策發(fā)布,、行業(yè)監(jiān)管等功能，依托平臺大數(shù)據(jù),，構建企業(yè)誠信體系,，設置曝光臺，規(guī)范行業(yè)秩序,。

多式聯(lián)運平臺依托物流大數(shù)據(jù)和人工智能,，進行精確化的市場定位和科學的線路優(yōu)化方案，對供需兩端的信息進行采集和處理,，通過大數(shù)據(jù)進行篩選,，產生滿足客戶需求的物流方案，提供智能方案優(yōu)化服務,，用戶再根據(jù)優(yōu)化結果自主選擇承運方式,。

7. 船 穩(wěn)定器

EVE星戰(zhàn)前夜,？　　“慣性穩(wěn)定器”的作用是降低船的慣性調整值，提高靈活性,，使船體轉向更快,，縮短躍遷起跳的準備時間?！　　败S遷核心穩(wěn)定器”的作用是對抗敵方的“躍遷干擾器”,。你的船受到敵方戰(zhàn)艦的躍遷干擾時，無法躍遷起跳,。但只要對方的干擾強度不大于“躍遷核心穩(wěn)定器”的反干擾強度,，就可以無視干擾進行躍遷飛行。

8. 船用穩(wěn)定平臺設計規(guī)范

船舶重心是指：船舶的重力,，即船舶的重量,，包括空船重量和載重量，重心即為船舶重力作用中心,，包括空船重心和各種載荷時的重心,。

空船的重心高度、各種載荷狀態(tài)的重心高度是不相同的,?？沾闹匦耐ㄟ^船舶的頃鈄試驗求得，載荷狀態(tài)的重心則必須通過較復雜的計算求得,。

9. 船用穩(wěn)定平臺設計要求

船舶定線制一般規(guī)定必須在海洋或者是一些普通的河流里面,，在運行的過程中必須保持整個航線的穩(wěn)定，并且不能超過船體重量的三倍以上,，并且要保證船舶在運行過程中必須保證整個吞吐水量要有一定的,，水線不能超過一定的標準，并且讓整個全體必須達到每一個運河的量才可以,。

10. 船身穩(wěn)定器

中文名稱：

　　陀螺儀

　　英文名稱：

　　gyroscope

　　定義：

　　利用高速回轉體的動量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交于自轉軸的一個或二個軸的角運動檢測裝置,。利用其他原理制成的角運動檢測裝置起同樣功能的也稱陀螺儀。

　　應用學科：

　　船舶工程（一級學科）,；船舶通信導航（二級學科）

　　簡介　繞一個支點高速轉動的剛體稱為陀螺（top）,。通常所說的陀螺是特指對稱陀螺，它是一個質量均勻分布的,、具有軸對稱形狀的剛體，其幾何對稱軸就是它的自轉軸,。 由蒼蠅后翅（退化為平衡棒）仿生得來,。

　　在一定的初始條件和一定的外在力矩作用下，陀螺會在不停自轉的同時,，還繞著另一個固定的轉軸不停地旋轉,，這就是陀螺的旋進（precession）,，又稱為回轉效應（gyroscopic effect）。陀螺旋進是日常生活中常見的現(xiàn)象,，許多人小時候都玩過的陀螺就是一例,。

　　人們利用陀螺的力學性質所制成的各種功能的陀螺裝置稱為陀螺儀（gyroscope），它在科學,、技術,、軍事等各個領域有著廣泛的應用。比如：回轉羅盤,、定向指示儀,、炮彈的翻轉、陀螺的章動,、地球在太陽（月球）引力矩作用下的旋進（歲差）等,。

　　陀螺儀的種類很多，按用途來分,，它可以分為傳感陀螺儀和指示陀螺儀,。傳感陀螺儀用于飛行體運動的自動控制系統(tǒng)中，作為水平,、垂直,、俯仰、航向和角速度傳感器,。指示陀螺儀主要用于飛行狀態(tài)的指示,，作為駕駛和領航儀表使用。

　　現(xiàn)在的陀螺儀分為,，壓電陀螺儀,，微機械陀螺儀，光纖陀螺儀,，激光陀螺儀,，都是電子式的，可以和加速度計,，磁阻芯片,，GPS，做成慣性導航控制系統(tǒng),。

　　結構

　　基本上陀螺儀是一種機械裝置,，其主要部分是一個對旋轉軸以極高角速度旋轉的轉子，轉子裝在一支架內,；在通過轉子中心軸XX1上加一內環(huán)架,，那么陀螺儀就可環(huán)繞飛機兩軸作自由運動；然后,，在內環(huán)架外加上一外環(huán)架,；這個陀螺儀有兩個平衡環(huán),，可以環(huán)繞飛機三軸作自由運動，就是一個完整的太空陀螺儀（space gyro）,。

　　歷史

　　1850年法國的物理學家萊昂·傅科（J.Foucault）為了研究地球自轉,，首先發(fā)現(xiàn)高速轉動中的轉子（rotor），由于慣性作用它的旋轉軸永遠指向一固定方向,，他用希臘字 gyro（旋轉）和skopein（看）兩字合為gyro scopei 一字來命名這種儀表,。

　　陀螺儀是一種既古老而又很有生命力的儀器，從第一臺真正實用的陀螺儀器問世以來已有大半個世紀,，但直到現(xiàn)在,，陀螺儀仍在吸引著人們對它進行研究，這是由于它本身具有的特性所決定的,。陀螺儀最主要的基本特性是它的穩(wěn)定性和進動性,。人們從兒童玩的地陀螺中早就發(fā)現(xiàn)高速旋轉的陀螺可以豎直不倒而保持與地面垂直，這就反映了陀螺的穩(wěn)定性,。研究陀螺儀運動特性的理論是繞定點運動剛體動力學的一個分支,，它以物體的慣性為基礎，研究旋轉物體的動力學特性,。

　　原理

　　陀螺儀的原理就是,，一個旋轉物體的旋轉軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的,。人們根據(jù)這個道理,，用它來保持方向，制造出來的東西就叫陀螺儀,。陀螺儀在工作時要給它一個力,，使它快速旋轉起來，一般能達到每分鐘幾十萬轉,，可以工作很長時間,。然后用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動將數(shù)據(jù)信號傳給控制系統(tǒng),。

　　在現(xiàn)實生活中,，陀螺儀發(fā)生的進給運動是在重力力矩的作用下發(fā)生的。

　　特性

　　陀螺儀被廣泛用于航空,、航天和航海領域,。這是由于它的兩個基本特性：一為定軸性（inertia or rigidity），另一是進動性（precession）,，這兩種特性都是建立在角動量守恒的原則下,。

　　定軸性

　　當陀螺轉子以高速旋轉時，在沒有任何外力矩作用在陀螺儀上時，陀螺儀的自轉軸在慣性空間中的指向保持穩(wěn)定不變,，即指向一個固定的方向；同時反抗任何改變轉子軸向的力量,。這種物理現(xiàn)象稱為陀螺儀的定軸性或穩(wěn)定性,。其穩(wěn)定性隨以下的物理量而改變：

　　1.轉子的轉動慣量愈大，穩(wěn)定性愈好,；

　　2.轉子角速度愈大,，穩(wěn)定性愈好。

　　所謂的“轉動慣量”,，是描述剛體在轉動中的慣性大小的物理量,。當以相同的力矩分別作用于兩個繞定軸轉動的不同剛體時，它們所獲得的角速度一般是不一樣的,，轉動慣量大的剛體所獲得的角速度小,，也就是保持原有轉動狀態(tài)的慣性大；反之,，轉動慣量小的剛體所獲得的角速度大,，也就是保持原有轉動狀態(tài)的慣性小。

　　進動性

　　當轉子高速旋轉時,，若外力矩作用于外環(huán)軸,，陀螺儀將繞內環(huán)軸轉動；若外力矩作用于內環(huán)軸,，陀螺儀將繞外環(huán)軸轉動,。其轉動角速度方向與外力矩作用方向互相垂直。這種特性,，叫做陀螺儀的進動性,。進動角速度的方向取決于動量矩H的方向（與轉子自轉角速度矢量的方向一致）和外力矩M的方向，而且是自轉角速度矢量以最短的路徑追趕外力矩,。如右圖,。

　　進動方向

　　這可用右手定則判定。即伸直右手,，大拇指與食指垂直,，手指順著自轉軸的方向，手掌朝外力矩的正方向,，然后手掌與4指彎曲握拳,，則大拇指的方向就是進動角速度的方向。

　　進動角速度的大小取決于轉子動量矩H的大小和外力矩M的大小,，其計算式為進動角速度ω=M/H,。

　　進動性的大小也有三個影響的因素：

　　1.外界作用力愈大，其進動角速度也愈大；

　　2.轉子的轉動慣量愈大,，進動角速度愈?。?/p>

　　3.轉子的角速度愈大,，進動角速度愈小,。

　　功能分類

　　利用陀螺儀的動力學特性制成的各種儀表或裝置，主要有以下幾種：

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　　能給出飛行物體轉彎角度和航向指示的陀螺裝置,。它是三自由度均衡陀螺儀，其底座固連在飛機上,，轉子軸提供慣性空間的給定方向,。若開始時轉子軸水平放置并指向儀表的零方位，則當飛機繞鉛直軸轉彎時,，儀表就相對轉子軸轉動,，從而能給出轉彎的角度和航向的指示。由于摩擦及其他干擾,，轉子軸會逐漸偏離原始方向,，因此每隔一段時間（如15分鐘）須對照精密羅盤作一次人工調整。

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　　供航行和飛行物體作方向基準用的尋找并跟蹤地理子午面的三自由度陀螺儀,。其外環(huán)軸鉛直，轉子軸水平置于子午面內,，正端指北,；其重心沿鉛垂軸向下或向上偏離支承中心。轉子軸偏離子午面時同時偏離水平面而產生重力矩使陀螺旋進到子午面,，這種利用重力矩的陀螺羅盤稱擺式羅盤,。近年來發(fā)展為利用自動控制系統(tǒng)代替重力擺的電控陀螺羅盤，并創(chuàng)造出能同時指示水平面和子午面的平臺羅盤,。

　?、弁勇荽怪眱x

　　利用擺式敏感元件對三自由度陀螺儀施加修正力矩以指示地垂線的儀表，又稱陀螺水平儀,。陀螺儀的殼體利用隨動系統(tǒng)跟蹤轉子軸位置,，當轉子軸偏離地垂線時，固定在殼體上的擺式敏感元件輸出信號使力矩器產生修正力矩,，轉子軸在力矩作用下旋進回到地垂線位置,。陀螺垂直儀是除陀螺擺以外應用于航空和航海導航系統(tǒng)的又一種地垂線指示或量測儀表。

　?、芡勇莘€(wěn)定器

　　穩(wěn)定船體的陀螺裝置,。20世紀初使用的施利克被動式穩(wěn)定器實質上是一個裝在船上的大型二自由度重力陀螺儀，其轉子軸鉛直放置，框架軸平行于船的橫軸,。當船體側搖時,，陀螺力矩迫使框架攜帶轉子一起相對于船體旋進。這種搖擺式旋進引起另一個陀螺力矩,，對船體產生穩(wěn)定作用,。斯佩里主動式穩(wěn)定器是在上述裝置的基礎上增加一個小型操縱陀螺儀，其轉子沿船橫軸放置,。一旦船體側傾，小陀螺沿其鉛直軸旋進,，從而使主陀螺儀框架軸上的控制馬達及時開動,，在該軸上施加與原陀螺力矩方向相同的主動力矩，借以加強框架的旋進和由此旋進產生的對船體的穩(wěn)定作用,。

　?、菟俾释勇輧x

　　用以直接測定運載器角速率的二自由度陀螺裝置。把均衡陀螺儀的外環(huán)固定在運載器上并令內環(huán)軸垂

　　陀螺儀

　　直于要測量角速率的軸,。當運載器連同外環(huán)以角速度繞測量軸旋進時,，陀螺力矩將迫使內環(huán)連同轉子一起相對運載器旋進。陀螺儀中有彈簧限制這個相對旋進,，而內環(huán)的旋進角正比于彈簧的變形量,。由平衡時的內環(huán)旋進角即可求得陀螺力矩和運載器的角速率。積分陀螺儀與速率陀螺儀的不同處只在于用線性阻尼器代替彈簧約束,。當運載器作任意變速轉動時,，積分陀螺儀的輸出量是繞測量軸的轉角（即角速度的積分）。以上兩種陀螺儀在遠距離測量系統(tǒng)或自動控制,、慣性導航平臺中使用較多,。

　　⑥陀螺穩(wěn)定平臺

　　以陀螺儀為核心元件,，使被穩(wěn)定對象相對慣性空間的給定姿態(tài)保持穩(wěn)定的裝置,。穩(wěn)定平臺通常利用由外環(huán)和內環(huán)構成制平臺框架軸上的力矩器以產生力矩與干擾力矩平衡使陀螺儀停止旋進的穩(wěn)定平臺稱為動力陀螺穩(wěn)定器。陀螺穩(wěn)定平臺根據(jù)對象能保持穩(wěn)定的轉軸數(shù)目分為單軸,、雙軸和三軸陀螺穩(wěn)定平臺,。陀螺穩(wěn)定平臺可用來穩(wěn)定那些需要精確定向的儀表和設備，如測量儀器,、天線等,，并已廣泛用于航空和航海的導航系統(tǒng)及火控、雷達的萬向支架支承,。根據(jù)不同原理方案使用各種類型陀螺儀為元件,。其中利用陀螺旋進產生的陀螺力矩抵抗干擾力矩，然后輸出信號控、照相系統(tǒng),。

　?、咄勇輧x傳感器

　　陀螺儀傳感器是一個簡單易用的基于自由空間移動和手勢的定位和控制系統(tǒng)。在假象的平面上揮動鼠標,，屏幕上的光標就會跟著移動,，并可以繞著鏈接畫圈和點擊按鍵。當你正在演講或離開桌子時,，這些操作都能夠很方便地實現(xiàn),。 現(xiàn)在陀螺儀傳感器原本是運用到直升機模型上的，現(xiàn)在已經被廣泛運用于手機這類移動便攜設備上（IPHONE的三軸陀螺儀技術）,。

　?、喙饫w陀螺儀

　　光纖陀螺儀是以光導纖維線圈為基礎的敏感元件， 由激光二極管發(fā)射出的光線朝兩個方向沿光導纖維傳播,。光傳播路徑的變,，決定了敏感元件的角位移。買光纖陀螺儀就到航天長城光纖陀螺儀與傳統(tǒng)的機械陀螺儀相比,，優(yōu)點是全固態(tài),，沒有旋轉部件和摩擦部件，壽命長,，動［1］態(tài)范圍大,，瞬時啟動，結構簡單,，尺寸小,，重量輕。與激光陀螺儀相比,，光纖陀螺儀沒有閉鎖問題,，也不用在石英塊精密加工出光路，成本低,。

　?、峒す馔勇輧x

　　激光陀螺儀的原理是利用光程差來測量旋轉角速度（ Sagnac 效應）。在閉合光路中,，由同一光源發(fā)出的沿順時針方向和反時針方向傳輸?shù)膬墒夂凸飧缮?，利用檢測相位差或干涉條紋的變化，就可以測出閉合［1］光路旋轉角速度,。

　　現(xiàn)代陀螺儀

　　現(xiàn)代陀螺儀是一種能夠精確地確定運動物體的方位的儀器,，它是現(xiàn)代航空，航海,，航天和國防工業(yè)中

　　陀螺儀

　　廣泛使用的一種慣性導航儀器,，它的發(fā)展對一個國家的工業(yè),，國防和其它高科技的發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要是指機械式的陀螺儀,，機械式的陀螺儀對工藝結構的要求很高,，結構復雜，它的精度受到了很多方面的制約,。自從上個世紀七十年代以來,，現(xiàn)代陀螺儀的發(fā)展已經進入了一個全新的階段。1976年 等提出了現(xiàn)代光纖陀螺儀的基本設想,，到八十年代以后,，現(xiàn)代光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發(fā)展，與此同時激光諧振陀螺儀也有了很大的發(fā)展,。由于光纖陀螺儀具有結構緊湊,，靈敏度高，工作可靠等等優(yōu)點,，所以目前光纖陀螺儀在很多的領域已經完全取代了機械式的傳統(tǒng)的陀螺儀，成為現(xiàn)代導航儀器中的關鍵部件,。和光纖陀螺儀同時發(fā)展的除了環(huán)式激光陀螺儀外,，還有現(xiàn)代集成式的振動陀螺儀，集成式的振動陀螺儀具有更高的集成度,，體積更小,，也是現(xiàn)代陀螺儀的一個重要的發(fā)展方向。

　　現(xiàn)代光纖陀螺儀包括干涉式陀螺儀和諧振式陀螺儀兩種,，它們都是根據(jù)塞格尼克的理論發(fā)展起來的,。塞格尼克理論的要點是這樣的：當光束在一個環(huán)形的通道中前進時，如果環(huán)形通道本身具有一個轉動速度,，那么光線沿著通道轉動的方向前進所需要的時間要比沿著這個通道轉動相反的方向前進所需要的時間要多,。也就是說當光學環(huán)路轉動時，在不同的前進方向上,，光學環(huán)路的光程相對于環(huán)路在靜止時的光程都會產生變化,。利用這種光程的變化，如果使不同方向上前進的光之間產生干涉來測量環(huán)路的轉動速度,，就可以制造出干涉式光纖陀螺儀,，如果利用這種環(huán)路光程的變化來實現(xiàn)在環(huán)路中不斷循環(huán)的光之間的干涉，也就是通過調整光纖環(huán)路的光的諧振頻率進而測量環(huán)路的轉動速度,，就可以制造出諧振式的光纖陀螺儀,。從這個簡單的介紹可以看出，干涉式陀螺儀在實現(xiàn)干涉時的光程差小,，所以它所要求的光源可以有較大的頻譜寬度,，而諧振式的陀螺儀在實現(xiàn)干涉時,，它的光程差較大，所以它所要求的光源必須有很好的單色性,。

　　用途

　　陀螺儀是一種既古老而又很有生命力的儀器,，從第一臺真正實用的陀螺儀器問世以來已有大半個世紀，但直到現(xiàn)在,，陀螺儀仍在吸引著人們對它進行研究,，這是由于它本身具有的特性所決定的。陀螺儀最主要的基本特性是它的穩(wěn)定性和進動性,。人們從兒童玩的地陀螺中早就發(fā)現(xiàn)高速旋轉的陀螺可以豎直不倒而保持與地面垂直,，這就反映了陀螺的穩(wěn)定性。研究陀螺儀運動特性的理論是繞定點運動剛體動力學的一個分支,，它以物體的慣性為基礎,，研究旋轉物體的動力學特性。

　　陀螺儀器最早是用于航海導航,，但隨著科學技術的發(fā)展,，它在航空和航天事業(yè)中也得到廣泛的應用。陀螺儀器不僅可以作為指示儀表,，而更重要的是它可以作為自動控制系統(tǒng)中的一個敏感元件,，即可作為信號傳感器。根據(jù)需要,，陀螺儀器能提供準確的方位,、水平、位置,、速度和加速度等信號,，以便駕駛員或用自動導航儀來控制飛機、艦船或航天飛機等航行體按一定的航線飛行,，而在導彈,、衛(wèi)星運載器或空間探測火箭等航行體的制導中，則直接利用這些信號完成航行體的姿態(tài)控制和軌道控制,。作為穩(wěn)定器,，陀螺儀器能使列車在單軌上行駛，能減小船舶在風浪中的搖擺,，能使安裝在飛機或衛(wèi)星上的照相機相對地面穩(wěn)定等等,。作為精密測試儀器，陀螺儀器能夠為地面設施,、礦山隧道,、地下鐵路、石油鉆探以及導彈發(fā)射井等提供準確的方位基準,。由此可見,，陀螺儀器的應用范圍是相當廣泛的,，它在現(xiàn)代化的國防建設和國民經濟建設中均占重要的地位。

　　現(xiàn)在廣泛使用的MEMS陀螺（微機械）可應用于航空,、航天,、航海、兵器,、汽車,、生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)控等領域,。并且MEMS陀螺相比傳統(tǒng)的陀螺有明顯的優(yōu)勢：

　　1.體積小,、重量輕。適合于對安裝空間和重量要求苛刻的場合,，例如彈載測量等,。

　　2.低成本。

　　3.高可靠性,。內部無轉動部件,，全固態(tài)裝置，抗大過載沖擊,，工作壽命長,。

　　4.低功耗。

　　5.大量程,。適于高轉速大g值的場合。

　　6.易于數(shù)字化,、智能化,。可數(shù)字輸出,，溫度補償,，零位校正等。

　　基本部件

　　從力學的觀點近似的分析陀螺的運動時,，可以把它看成是一個剛體,，剛體上有一個萬向支點，而陀螺可以繞著這個支點作三個自由度的轉動,，所以陀螺的運動是屬于剛體繞一個定點的轉動運動,。更確切地說，一個繞對稱軸高速旋轉的飛輪轉子叫陀螺,。將陀螺安裝在框架裝置上,，使陀螺的自轉軸有角轉動的自由度，這種裝置的總體叫做陀螺儀,，

　　陀螺儀的基本部件有：

　?。?） 陀螺轉子（常采用同步電機,、磁滯電機、三相交流電機等拖動方法來使陀螺轉子繞自轉軸高速旋轉,，并見其轉速近似為常值）

　?。?） 內、外框架（或稱內,、外環(huán),，它是使陀螺自轉軸獲得所需角轉動自由度的結構）

　　（3） 附件（是指力矩馬達,、信號傳感器等）,。

　　基本類型

　　根據(jù)框架的數(shù)目和支承的形式以及附件的性質決定陀螺儀的類型有：

　　三自由度陀螺儀（具有內、外兩個框架,，使轉子自轉軸具有兩個轉動自由度,。在沒有任何力矩裝置時，它就是一個自由陀螺儀）,。

　　二自由度陀螺儀（只有一個框架,，使轉子自轉軸具有一個轉動自由度）。

　　根據(jù)二自由度陀螺儀中所使用的反作用力矩的性質,，可以把這種陀螺儀分成三種類型：

　　速率陀螺儀（它使用的反作力矩是彈性力矩）

　　積分陀螺儀（它使用的反作用力矩是阻尼力矩）

　　無約束陀螺（它僅有慣性反作用力矩）

　　現(xiàn)在,，除了機、電框架式陀螺儀以外,，還出現(xiàn)了某些新型陀螺儀,，如靜電式自由轉子陀螺儀，撓性陀螺儀,，激光陀螺儀等,。

　　二自由度陀螺儀

　　二自由度陀螺儀的轉子支承在一個框架內，沒有外框架,，因而轉子自轉有一個進動自由度,，即少了垂直于內框架軸和自轉軸方向的轉動自由度。因此二自由度陀螺儀與三自由度陀螺儀的特性也有所不同,。

　　進動性是三自由度陀螺儀的基本特性之—,，當繞內框架軸作用外力矩時，將使高速旋轉的轉子自轉軸產生繞外框架軸的進動,，而繞外框架軸作用外力矩時,，將使轉子軸產生繞內框架軸的進動。

　　定軸性是三自由度陀螺儀的另一基本特性,。無論基座繞陀螺儀自轉軸轉動,，還是繞內框架軸或外框架軸方向轉動，都不會直接帶動陀螺轉子一起轉動（指轉子自轉之外的轉動）,。由內,、外框架所組成的框架裝置,，將基座的轉動與陀螺轉子隔離開來。這樣,，如果陀螺儀自轉軸穩(wěn)定在慣性空間的某個方位上,，當基座轉動時，它仍然穩(wěn)定在原來的方位上,。

　　對于二自由度陀螺儀,，當基座繞陀螺儀自轉軸或內框架軸方向轉動時，仍然不會帶動轉子一起轉動,，即內框架仍然起隔離運動的作用,。但是，當基座繞陀螺儀缺少自由度的x軸方向以角速度ωx轉動時,，由于陀螺儀繞該軸沒有轉動自由度,，所以基座轉動時，就通過內框架軸上的一對支承帶動陀螺轉子一起轉動,。但陀螺儀自轉軸仍盡力保持其原來的空間方位不變,。因此，基座轉動時,，內框架軸上的一對支承就有推力F作用在內框架軸的兩端,，而形成作用在陀螺儀上的推力矩mx， 其方向垂直于動量矩H,，并沿x鈾正向,。由于陀螺儀繞內框架軸有轉動的自由度，所以這個推力矩就使陀螺儀產生繞內框架軸的進動,，進動角速度β指向內框架軸y的正向,，使轉子軸趨向與x軸重合。

　　因此,，當基座繞陀螺儀缺少自由度的方向轉動時，將強迫陀螺儀跟隨基座轉動,，同時陀螺儀轉子軸繞內框架軸進動,。結果使轉子軸趨向與基座轉動角速度的方向重合。即二自由度陀螺儀具有敏感繞其缺少轉動自由度方向旋轉角速度的特性,。

　　二自由度陀螺儀受到沿內框架軸向外力矩作用時,，轉子軸繞內框軸運動。

　　沿內框架軸向作用力矩時轉子軸的運動,。設沿內框架鈾y的正向有外力矩My作用,，則二自由度陀螺儀的轉子軸將力圖以角速度My/H繞x軸的負向進動，如圖3所示,。由于陀螺轉子軸繞x軸方向不能轉動,，這個進動是不可能實現(xiàn)的,。但其進動趨勢仍然存在，并對內框架軸兩端的支承施加壓力,，這樣,，支承就產生約束反力F作用在內框架軸兩端，而形成作用在陀螺儀上的約束反力矩mx,，其方向垂直于動量矩H并沿x軸的正向,。由于轉子軸繞內框架軸存在轉動自由度，所以在這個約束反力矩mx的作用下,，陀螺儀轉子軸就繞內框架軸以β的角速度沿y軸正向進動,。簡單地說，如果陀螺繞x軸方向不能轉動,，那么在繞內框架軸向的外力矩作用下,，陀螺儀的轉子軸也繞內框架軸轉動。

　　陀螺繞主軸轉動的角動量以H表示,，H=JsΩ,，式中Js為陀螺轉子的轉動慣量。

　　工作原理與應用

　　1.陀螺工作站的原理

　　高速旋轉的物體的旋轉軸,，對于改變其方向的外力作用有趨向于鉛直方向的傾向,。而且，旋轉物體在橫向傾斜時,，重力會向增加傾斜的方向作用,，而軸則向垂直方向運動，就產生了搖頭的運動（歲差運動）,。當陀螺經緯儀的陀螺旋轉軸以水平軸旋轉時,，由于地球的旋轉而受到鉛直方向旋轉力，陀螺的旋轉體向水平面內的子午線方向產生歲差運動,。當軸平行于子午線而靜止時可加以應用,。

　　2.陀螺工作站的構造

　　陀螺經緯儀的陀螺裝置由陀螺部分和電源部分組成。此陀螺裝置與全站儀結合而成,。陀螺本體在裝置內用絲線吊起使旋轉軸處于水平,。當陀螺旋轉時，由于地球的自轉,，旋轉軸在水平面內以真北為中心產生緩慢的歲差運動,。旋轉軸的方向由裝置外的目鏡可以進行觀測，陀螺指針的振動中心方向指向真北,。利用陀螺經緯儀的真北測定方法有“追尾測定”和“時間測定”等,。

　　追尾測定［反轉法］

　　利用全站儀的水平微動螺絲對陀螺經緯儀顯示歲差運動的刻度盤進行追尾。在震動方向反轉的點上（此時運動停止）讀取水平角。如此繼續(xù)測定之,，求得其平均震動的中心角,。用此方法進行20分鐘的觀測可以求得+/-0。5分的真北方向,。

　　時間測定［通過法］

　　用追尾測定觀測真北方向后,，陀螺經緯儀指向了真北方向，其指針由于歲差運動而左右擺動,。用全站儀的水平微動螺絲對指針的擺動進行追尾,，當指針通過0點時反復記錄水平角，可以提高時間測定的精度,，并以+/-20秒的精度求得真北方向,。

　　3. 陀螺全站儀的應用實例

　　3.1 隧道中心線測量

　　在隧道等挖掘工程中，坑內的中心線測量一般采用難以保證精度的長距離導線,。特別是進行盾構挖掘（shield tunnel）的情況,，從立坑的短基準中心線出發(fā)必須有很高的測角精度和移站精度，測量中還要經常進行地面和地下的對應檢查,，以確保測量的精度,。特別是在密集的城市地區(qū)，不可能進行過多的檢測作業(yè)而遇到困難,。如果使用陀螺經緯儀可以得到絕對高精度的方位基準,，而且可減少耗費很高的檢測作業(yè)（檢查點最少），是一種效率很高的中心線測量方法,。

　　3.2 通視障礙時的方向角獲取

　　當有通視障礙,，不能從已知點取得方向角時，可以采用天文測量或陀螺經緯儀測量的方法獲取方向角（根據(jù)建設省測量規(guī)范）,。與天文測量比較,，陀螺經緯儀測量的方法有很多優(yōu)越性：對天氣的依賴少、云的多少無關,、無須復雜的天文計算,、在現(xiàn)場可以得到任意測線的方向角而容易計算閉合差。

　　3.3 日影計算所需的真北測定

　　在城市或近郊地區(qū)對高層建筑有日照或日影條件的高度限制,。在建筑申請時,，要附加日影圖。此日影圖是指,，在冬至的真太陽時的8點到16點為基準,，進行為了計算,、圖面繪制所需要的高精度真北方向測定,。使用陀螺經緯儀測量可以獲得不受天氣、時間影響的真北測量。

　　4,，陀螺儀的各種品牌及購買途徑;

　　美國ADI公司 TI公司 ST公司 俄羅斯 Fizoptika 挪威SENSONOR公司 日本Silicon美國BEI村田 EPSON

　　美國CrossbowKVH國內的一些高校和研究所也在研發(fā)生產一些陀螺儀,，國內的一些公司和北京中發(fā)電子市場3176代理某些陀螺儀