專利名稱：一種電磁感應(yīng)陀螺儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于電磁感應(yīng)的陀螺儀。本實(shí)用新型在空間飛行器及 旋轉(zhuǎn)物體的角速度監(jiān)測(cè)方面具有特殊用途，如飛機(jī)和導(dǎo)彈的導(dǎo)航，但也可廣泛 應(yīng)用于其他旋轉(zhuǎn)物體的角速度測(cè)量，如機(jī)械手的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)控制，以及磁場(chǎng)強(qiáng) 度的測(cè)量。
背景技術(shù)：
陀螺儀是一種旋轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)傳感器，在工程技術(shù)以及科學(xué)研究中有著廣泛的應(yīng) 用，如飛行器的導(dǎo)航、機(jī)械手的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)控制等方面。目前常用的陀螺儀有 機(jī)械陀螺儀、壓電晶體陀螺儀、激光陀螺儀和光纖陀螺儀幾種。機(jī)械陀螺儀精 讀高、穩(wěn)定性能好，但抗沖擊能力差且體積和重量大。壓電晶體陀螺儀的體積 小，但精度低且穩(wěn)定性較差。激光陀螺儀和光纖陀螺儀精度高，但構(gòu)型復(fù)雜、 造價(jià)昂貴，且激光陀螺儀和光纖陀螺儀均為有源的陀螺儀，需要供電。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于電磁感應(yīng)的陀螺儀，它克服了現(xiàn)有技 術(shù)的缺陷，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定、體積小、抗沖擊能力強(qiáng)、溫度性能穩(wěn)定以及應(yīng) 用方便的特點(diǎn)。
本實(shí)用新型的目的是通過如下途徑實(shí)現(xiàn)的 一種電磁感應(yīng)陀螺儀，陀螺儀 由線圈、磁導(dǎo)軸組成，線圈繞于磁導(dǎo)軸外周，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)由導(dǎo) 線引出。磁導(dǎo)軸的兩端聯(lián)接有磁探測(cè)面板。兩根磁導(dǎo)軸分別固定于相互垂直的 兩個(gè)方向構(gòu)成二維電磁感應(yīng)陀螺儀；三根磁導(dǎo)軸分別固定于相互垂直的三個(gè)方
向構(gòu)成三維電磁感應(yīng)陀螺儀。當(dāng)外加磁場(chǎng)為靜磁場(chǎng)或低頻磁場(chǎng)環(huán)境時(shí)，磁導(dǎo)軸及磁探測(cè)面板選用鐵磁材料制成；當(dāng)外加磁場(chǎng)為高頻磁場(chǎng)環(huán)境時(shí)，磁導(dǎo)軸及磁 探測(cè)面板選用鐵氧體材料制成。
當(dāng)陀螺儀在地磁場(chǎng)或其它外部磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過線圈的磁通量發(fā)生變化， 因而在線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與陀螺儀中的線圈軸向相對(duì)于磁 力線方向的夾角及旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)，與發(fā)電機(jī)的原理一致。與常規(guī)發(fā)電機(jī)相比， 地磁場(chǎng)或其它外部磁場(chǎng)相應(yīng)于發(fā)電機(jī)中永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)。因此基于電磁感 應(yīng)的陀螺儀為一種無源的旋轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)傳感器，這種陀螺儀具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定、體 積小、抗沖擊能力強(qiáng)、溫度性能穩(wěn)定以及應(yīng)用方便的特點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的目的和實(shí)現(xiàn)途徑作進(jìn)一步詳細(xì)說明
圖i為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖2為二維電磁感應(yīng)陀螺儀在X-Y平面內(nèi)的結(jié)構(gòu)圖； 圖3為三維電磁感應(yīng)陀螺儀的X-Y平面剖面結(jié)構(gòu)圖； 圖4為三維電磁感應(yīng)陀螺儀的X-Z平面剖面結(jié)構(gòu)圖； 圖5為三維電磁感應(yīng)陀螺儀的Y-Z平面剖面結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式

一種電磁感應(yīng)陀螺儀，陀螺儀由線圈l、磁導(dǎo)軸2組成，線圏l繞于磁導(dǎo)軸 2外周，線圈1產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)由導(dǎo)線4引出。為了進(jìn)一步提升精度，磁 導(dǎo)軸2的兩端聯(lián)接有磁探測(cè)面板3，磁探測(cè)面板3的面積越大效果越好。
實(shí)施例l，如

圖1所示，這是一維的電磁感應(yīng)陀螺儀，陀螺儀由線圈l、磁 導(dǎo)軸2、磁探測(cè)面板3組成，線圈1繞于磁導(dǎo)軸2外周，磁導(dǎo)軸2的兩端聯(lián)接有 磁探測(cè)面板3,線圈1產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)由導(dǎo)線4引出。
實(shí)施例2，如圖2所示，這是二維的電磁感應(yīng)陀螺儀，陀螺儀由兩組線圈1、磁導(dǎo)軸2、磁探測(cè)面板3組成，線圏1繞于磁導(dǎo)軸2外周，磁導(dǎo)軸2的兩端聯(lián)接 有磁探測(cè)面板3，相鄰的磁探測(cè)面板3之間不能磁聯(lián)通，兩根磁導(dǎo)軸2分別固定 于相互垂直的兩個(gè)方向，線圈l產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)由導(dǎo)線4引出。
實(shí)施例3，如圖3-5所示，這是三維的電磁感應(yīng)陀螺儀，陀螺儀由三組線圈 1、磁導(dǎo)軸2、磁探測(cè)面板3組成，線圈1繞于磁導(dǎo)軸2外周，磁導(dǎo)軸2的兩端 聯(lián)接有磁探測(cè)面板3，相鄰的磁探測(cè)面板3之間不能磁聯(lián)通，兩根磁導(dǎo)軸2分別 固定于相互垂直的三個(gè)方向，線圈l產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)由導(dǎo)線4引出。
本實(shí)用新型的原理如下
當(dāng)陀螺儀在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)在某一時(shí)刻由鐵磁材料構(gòu)成的磁探測(cè)面板3 的法向n與磁場(chǎng)H的夾角為6 ，磁探測(cè)面板3的面積為A,則通過磁探測(cè)面板3 的磁通量①為O-A4cos(0 ，這里B為鐵磁材料中的磁感應(yīng)強(qiáng)度，如圖1所示。 由鐵磁材料構(gòu)成的磁導(dǎo)軸2與磁探測(cè)面板3相聯(lián)接。線圈1繞于磁導(dǎo)軸2之上。 通過磁探測(cè)面板3的磁通進(jìn)入磁導(dǎo)軸2,因此通過線圈的磁通量也為BAcos ( 6 )。 當(dāng)磁探測(cè)面板3的法向相對(duì)于磁場(chǎng)方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過線圈的磁通量發(fā)生變 化，因而在線圏兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U的大小正比于磁通量O對(duì) 時(shí)間t的導(dǎo)數(shù)，即iV竺-A^6;sir^),這里co為角速度co=d6/dt， N為
線圈的匝數(shù)。因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與陀螺儀中的線圈軸向相對(duì)于磁場(chǎng)磁場(chǎng)方向的夾
角e及角速度co有關(guān)。在恒定角速度條件下，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨夾角e呈正弦函數(shù) 變化。圖i表示一維電磁感應(yīng)陀螺儀的原理示意圖，線圈兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)
勢(shì)信號(hào)由導(dǎo)線4引出。
二維電磁感應(yīng)陀螺儀的結(jié)構(gòu)如圖2所示，這里設(shè) 維電磁感應(yīng)陀螺儀布設(shè)
在X-Y平面內(nèi)。三維電磁感應(yīng)陀螺儀的X-Y、 X-Z和Y-Z平面剖面結(jié)構(gòu)分別如圖 3、圖4和圖5所示。線圈1繞于磁導(dǎo)軸2之上。磁導(dǎo)軸的軸向分別平行于相互垂直的X、 Y、 Z坐標(biāo)軸。磁導(dǎo)軸2與磁探測(cè)面板3相聯(lián)接。線圈兩端產(chǎn)生的感 應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)由導(dǎo)線4引出。設(shè)磁場(chǎng)H與X、 Y、 Z坐標(biāo)軸的夾角分別為oc、 P、 Y,角速度分別為C0x、 00 y、 00 z (CO x-d cc/dt, CO y=d p/dt， CO z=d y/dt), 則X、 Y、 Z三個(gè)方向的三組線圈兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別為 = 7Vfi^c^ sin(a) , C/少=iV^J(y少sin(") ， C/z = iV^v4 z sin(,)。
考慮到三角函數(shù)關(guān)系式Sin2(a) + Sin2(") + sin20) = 2 ,因此三組電動(dòng)勢(shì)與角 速度之間滿足關(guān)系式^ + 4 + 4 = 2(im4)2。
^
這一關(guān)系式為一橢球方程。在給定角速度的條件下，則可應(yīng)用電磁感應(yīng)陀
螺儀來標(biāo)定橢球方程右邊的NBA值，并且進(jìn)一步確定未知磁場(chǎng)的強(qiáng)度。
從實(shí)用新型的原理可以看出，在恒定磁場(chǎng)強(qiáng)度的條件下，電磁感應(yīng)陀螺儀 的靈敏度隨線圈匝數(shù)N、磁探測(cè)面板3的面積A以及磁感應(yīng)強(qiáng)度B的增加而升高。 因此磁導(dǎo)軸2與磁探測(cè)面板3必需選擇鐵磁材料，如Fe，鎳Ni、鈷Co金屬及 其合金。如果外加磁場(chǎng)為高頻場(chǎng)，則磁導(dǎo)軸2與磁探測(cè)面板3必需選擇高頻響 應(yīng)好的鐵氧體材料。當(dāng)外部磁場(chǎng)為靜地磁場(chǎng)時(shí)，可根據(jù)地磁場(chǎng)的空間分布采用 電磁感應(yīng)陀螺儀對(duì)飛行器進(jìn)行導(dǎo)航。當(dāng)外部導(dǎo)航磁場(chǎng)為高頻磁場(chǎng)時(shí)，可釆用電 磁感應(yīng)陀螺儀對(duì)導(dǎo)航磁場(chǎng)進(jìn)行鎖相接收。
電磁感應(yīng)陀螺儀為一種無源的旋轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)傳感器。電磁感應(yīng)陀螺儀可完全固 化，因此具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定、體積小、抗沖擊能力強(qiáng)、溫度性能穩(wěn)定以及應(yīng)用 方便的特點(diǎn)。
權(quán)利要求1.一種電磁感應(yīng)陀螺儀，其特征在于陀螺儀由線圈(1)、磁導(dǎo)軸(2)組成，線圈(1)繞于磁導(dǎo)軸(2)外周，線圈(1)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)由導(dǎo)線(4)引出。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種電磁感應(yīng)陀螺儀，其特征在于磁導(dǎo)軸(2)的兩 端聯(lián)接有磁探測(cè)面板(3)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種電磁感應(yīng)陀螺儀，其特征在于兩根磁導(dǎo) 軸(2)分別固定于相互垂直的兩個(gè)方向構(gòu)成二維電磁感應(yīng)陀螺儀；三根磁導(dǎo)軸(2) 分別固定于相互垂直的三個(gè)方向構(gòu)成三維電磁感應(yīng)陀螺儀。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的一種電磁感應(yīng)陀螺儀，其特征在于當(dāng)外加磁 場(chǎng)為靜磁場(chǎng)或低頻磁場(chǎng)環(huán)境時(shí)，磁導(dǎo)軸(2)及磁探測(cè)面板(3)選用鐵磁材料制成； 當(dāng)外加磁場(chǎng)為高頻磁場(chǎng)環(huán)境時(shí)，磁導(dǎo)軸(2)及磁探測(cè)面板(3)選用鐵氧體材料制 成。
專利摘要一種電磁感應(yīng)陀螺儀，由線圈、磁導(dǎo)軸、磁探測(cè)面板組成，線圈繞于磁導(dǎo)軸之上，磁導(dǎo)軸與磁探測(cè)面板相聯(lián)接。當(dāng)陀螺儀在地磁場(chǎng)或其它外部磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過線圈的磁通量發(fā)生變化，因而在線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與陀螺儀中的線圈軸向相對(duì)于磁場(chǎng)方向的夾角及旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)?；陔姶鸥袘?yīng)的陀螺儀為一種無源的旋轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)傳感器，這種陀螺儀具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定、體積小、抗沖擊能力強(qiáng)、溫度性能穩(wěn)定以及應(yīng)用方便的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)物體的角速度測(cè)量以及磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01C19/04GK201413145SQ20092006450
公開日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者譚成忠 申請(qǐng)人:譚成忠