本發(fā)明涉及一種應用球體轉(zhuǎn)子的多軸陀螺儀，屬于陀螺儀技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

陀螺儀是一種即使無外界參考信號也能探測出運載體本身姿態(tài)和狀態(tài)變化的內(nèi)部傳感器，如該新式球體結(jié)構(gòu)三軸陀螺儀得到應用普及，利用陀螺的定軸性和進動性可測量運動體的姿態(tài)角(航向、俯仰、滾動)，精確測量運動體的角運動，通過陀螺組成的慣性坐標系實現(xiàn)穩(wěn)定慣性平臺，從而可以利用陀螺的特性建立一個相對慣性空間的人工參考坐標系，通過精確的陀螺儀和加速度計算出運載器(包括火箭、導彈、潛艇、遠程飛機、宇航飛行器等)的旋轉(zhuǎn)運動和直線運動信號，經(jīng)計算機綜合計算，并指令姿態(tài)控制系統(tǒng)和推進系統(tǒng)，實現(xiàn)運載器的完全自主導航?，F(xiàn)有應用到各個領(lǐng)域的陀螺儀，因其結(jié)構(gòu)設計的局限性，應用在某些特殊環(huán)境惡劣的場合時，時常會由于轉(zhuǎn)子角速度小、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量不夠大以及三軸垂直度出現(xiàn)偏差等原因使得陀螺儀自身不夠穩(wěn)定，造成測量不準、穩(wěn)定性不夠，甚至會出現(xiàn)突然失靈的情況，從而造成測量額偏差。其主要表現(xiàn)在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量不夠大以及三軸垂直度出現(xiàn)偏差等原因，極大的影響了使用人員對所處環(huán)境的判斷及一些其它的技術(shù)應用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種穩(wěn)定可靠、測量精度高的球體轉(zhuǎn)子三軸陀螺儀。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：球體轉(zhuǎn)子三軸陀螺儀，包括若干傳感器和由內(nèi)向外依次排布的球體轉(zhuǎn)子、軸架、常平架以及陀螺儀框架，球體轉(zhuǎn)子處于由陀螺儀框架和常平架、軸架所組成的立體空間結(jié)構(gòu)內(nèi)，所述球體轉(zhuǎn)子與其外周的軸架轉(zhuǎn)動連接，所述軸架與常平架轉(zhuǎn)動連接，常平架與陀螺儀框架轉(zhuǎn)動連接，所述球體轉(zhuǎn)子、軸架、常平架以及陀螺儀框架的轉(zhuǎn)動軸心均穿過球體轉(zhuǎn)子的球心，陀螺儀框架底部連接支架座。

所述球體轉(zhuǎn)子通過固定連接的軸a與軸架轉(zhuǎn)動連接，軸a和軸架上設有相互配合的傳感器。

所述軸架通過固定連接的軸b與常平架轉(zhuǎn)動連接，軸b和常平架上設有相互配合的傳感器。

所述常平架通過固定連接的軸c與陀螺儀框架轉(zhuǎn)動連接，軸c和陀螺儀框架上設有相互配合的傳感器。

所述軸架、常平架以及陀螺儀框架均為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)。

所述陀螺儀框架與支架座的固定點與球體轉(zhuǎn)子的球心以及軸a在同一平面內(nèi)。

所述支架座包括圓盤底座，所述圓盤底座連接椎體，椎體頂部連接陀螺儀框架。

本發(fā)明的有益效果是：轉(zhuǎn)動慣量是影響進動性的重要因素，轉(zhuǎn)動慣量越大，進動角速度越小，陀螺儀動態(tài)特性越好，球體轉(zhuǎn)子相比較于同等直徑圓片轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)速不變的情況下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量得到增大，大大提高了陀螺儀自身的穩(wěn)定性，對陀螺儀進動角的不規(guī)則變動加以遏制，從而提高測量精度，對陀螺儀三軸垂直度穩(wěn)定性有所增強。

附圖說明

本發(fā)明共有附圖1幅。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。

圖中附圖標記如下：1、陀螺儀框架，2、軸a，3、常平架，4、球體轉(zhuǎn)子，5、軸架，6、支架座，7、軸b，8、軸c。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖1對本發(fā)明做進一步說明：

球體轉(zhuǎn)子三軸陀螺儀，包括若干傳感器和由內(nèi)向外依次排布的球體轉(zhuǎn)子4、軸架5、常平架3以及陀螺儀框架1，球體轉(zhuǎn)子4處于由陀螺儀框架1和常平架3、軸架5所組成的立體空間結(jié)構(gòu)內(nèi)，所述球體轉(zhuǎn)子4與其外周的軸架5轉(zhuǎn)動連接，所述軸架5與常平架3轉(zhuǎn)動連接，常平架3與陀螺儀框架1轉(zhuǎn)動連接，所述球體轉(zhuǎn)子4、軸架5、常平架3以及陀螺儀框架1的轉(zhuǎn)動軸心均穿過球體轉(zhuǎn)子4的球心，陀螺儀框架1底部連接支架座6。

所述球體轉(zhuǎn)子4通過固定連接的軸a2與軸架5轉(zhuǎn)動連接，軸a2和軸架5上設有相互配合的傳感器，當陀螺儀的球體轉(zhuǎn)子4和軸架5受到外力作用位置發(fā)生變化時，球體轉(zhuǎn)子4的初始狀態(tài)發(fā)生改變，相對軸a2初始位置發(fā)生角度的改變，通過傳感器便可以測量出物體空間位置的變化情況。

所述軸架5通過固定連接的軸b7與常平架3轉(zhuǎn)動連接，軸b7和常平架3上設有相互配合的傳感器，當陀螺儀的常平架3和軸架5受到外力作用位置發(fā)生變化時，平架軸3相對于軸b7初始位置發(fā)生角度的改變，通過傳感器便可以測量出物體空間位置的變化情況。

所述常平架3通過固定連接的軸c8與陀螺儀框架1轉(zhuǎn)動連接，軸c8和陀螺儀框架1上設有相互配合的傳感器，當陀螺儀的陀螺儀框架1和常平架3受到外力作用位置發(fā)生變化時，陀螺儀框架1相對于軸c8初始位置發(fā)生角度的改變，通過傳感器便可以測量出物體空間位置的變化情況。

所述軸架5、常平架3以及陀螺儀框架1均為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)。

所述陀螺儀框架1與支架座6的固定點與球體轉(zhuǎn)子4的球心以及軸a2在同一平面內(nèi)。

所述支架座6包括圓盤底座，所述圓盤底座連接椎體，椎體頂部連接陀螺儀框架1。

在陀螺儀正常使用時，球體轉(zhuǎn)子4處于由陀螺儀框架1和軸a2、常平架3、軸架5、支架座6所組成的立體空間結(jié)構(gòu)內(nèi)。以軸a2、常平架3為例，球體轉(zhuǎn)子4在外力的作用下繞著陀螺儀軸a2進行高速旋轉(zhuǎn)；當受到其他外力作用時，球體轉(zhuǎn)子4的初始狀態(tài)發(fā)生改變，相對軸a2或常平架軸3初始位置發(fā)生角度的改變，通過傳感器便可以測量出物體空間位置的變化情況。

理論數(shù)據(jù)計算如下：

球面坐標系中選取任一體積元作為質(zhì)量元，該體積元的體積：

dV＝r sinφdθ·rdφdr＝r^2sinφdrdθdφ

其質(zhì)量：

dm＝m/(4/3πR^3)dV＝4m/3πR r^2 sinφdrdθdφ

在坐標系中對OZ軸的轉(zhuǎn)動慣量：

整個球體的轉(zhuǎn)動慣量：

J＝＝sin^3φdφ＝2/5mR^2

而薄圓盤的轉(zhuǎn)動慣量：

J＝1/2mR^2

同樣直徑(50mm)的球的體積為523333立方毫米；

同樣直徑(50mm)的盤(厚20mm)的體積為157000立方毫米。

球的體積是盤的體積的3.3倍。

代入得：球的轉(zhuǎn)動慣量為3300。

盤的轉(zhuǎn)動慣量為1250。球的轉(zhuǎn)動慣量是盤的2.64倍。

通過上述理論計算可知，同直徑尺寸下球體轉(zhuǎn)子質(zhì)量遠大于圓片轉(zhuǎn)子的質(zhì)量，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量數(shù)值都大大增加，從而減少了陀螺儀的進動角速度；質(zhì)量較大的球體轉(zhuǎn)子在對維持陀螺儀整體三軸垂直度結(jié)構(gòu)上也強于圓片轉(zhuǎn)子陀螺儀。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發(fā)明的保護范圍。