导航原理实验报告
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哈尔滨工业大学航天学院
控制科学实验室
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陀螺仪原理实验报告
实验1 二自由度陀螺仪基本特性验证实验
一、实验目的
1．了解机械陀螺仪的结构特点；
2．对比验证没有通电和通电后的二自由度陀螺仪基本特性表观； 3．深化课堂讲授的有关二自由度陀螺仪基本特性的内容。 二、思考与分析
1． 定轴性
（1） 设陀螺仪的动量矩为H，作用在陀螺仪上的干扰力矩为Md，陀螺仪漂移角
速度为ωd，写出关系式说明动量矩H越大，陀螺漂移越小，陀螺仪的定轴性(即稳定性)越高.
答案：
?Md??d?H ?Md/Hsin? d干扰力矩Md一定时，动量矩H越大，陀螺仪漂移角速度为ωd越小，陀螺漂移越小，
陀螺仪的定轴性(即稳定性)越高.
（2） 在陀螺仪原理及其机电结构方而简要蜕明如何提高H的量值?
答案：H?J? 由公式J?2r???dm可知 A提高H的量值有四种途径：
1. 陀螺转子采用密度大的材料,其质量提高了，转动惯量也就提高了。
2. 改变质量分布特性。在质量相同的情况下，若质量分布的半径距质
心越远，H越大。因此将陀螺转子的有效质量外移，如动力谐陀螺将转子设计成环状。即在陀螺电机定子环中，可做成质量集中分布在环外边缘的环形结构，切边缘部分材质密度大，可提高转动惯量。 3. 增大r,可有效提高转动惯量。
4. 另外可通过采用外转子电机来改变电机质量分布，增大r。改变电机
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定转子结构：采用外转子，内定子结构的转子电机。
4. 增加陀螺转子的旋转速度。
??2?n/60?2?(1?s)f/p ，n?60f(1?s)/p
提高电压周波频率 f ?——〉n ?——H ? f=400Hz
适当减少极对数 ，如取p=1
适当减少转差率s，可通过减少转子支承轴承摩擦来实现
2．进动性
(1) 在外框架施加一沿x轴正方向作用力矩时，画出动量矩H的进动方
向及矢量M，ω，H的关系坐标图。(设定H沿Z轴正方向)并在坐标中标出陀螺仪自转轴的旋转方向n。
b) 在内框架施加一沿Y轴正方向作用力矩时，画出动量矩H的进动方向及
矢量M，ω,H的关系坐标图。(设定H沿Z轴正方向)并在坐标中标出陀螺仪自转轴的旋转方向n。
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(3) 若改变了陀螺仪自转轴的旋转方向 n 即H是沿坐标Z轴的负方向，仍
还是在外框架沿x轴正方向施加一作用力矩时，画出其矢量M，ω，H的关系坐标图。并在坐标图中标出自转轴的旋转方向 n 和 H 的进动方向及陀螺力矩 Mg 的方向。
2．陀螺动力效应
如果人为的用手指向陀螺仪的内框架(内环)施加力矩时，对于陀螺仪内框架(内环)而言，为什么没有表观出陀螺动力效应?
当人为对陀螺内框架施加外力矩时，外力矩通过内框架传递到转子上，陀螺转子产生绕外框架轴的进动。虽然作用在内框架上的陀螺力矩与施加的外力矩大小相等方向相反，
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但是因为陀螺转子绕外框架轴进动，会带动了内框架，随着外框架一起转动。因此陀螺内框架不能表现出陀螺动力效应。
实验2 光纤陀螺工作过程演示实验
一、 实验目的
1. 通过演示实验，加深对Sagnac效应的理解； 2. 了解光纤陀螺陀螺数据采集系统； 3. 掌握光纤陀螺结构及应用； 4. 观察光纤陀螺工作过程. 二、思考与分析
1. 萨格奈克效应是什么？
答案：Sagnac效应是法国科学家G.Sagnac于1913年发现的，它构成了现代光学陀螺——激光陀螺和光纤陀螺的理论基础。在一个任意几何形状的闭合光学环路中，从任意一点发出的沿相反方向传播的两束光波，绕行一周返回到该点时，如果闭合光路在其平面内相对惯性空间有旋转，则两束光波的相位将发生变化，这称为Sagnac效应。
2. 光纤陀螺仪按光路系统的不同分类，分为哪几种？
答案：全光纤陀螺，集成光学光纤陀螺，谐振腔型光纤陀螺。
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