Вібраційний гіроскоп

Вібраційні гіроскопи (англ. Vibrating structure gyroscope) — гіроскопічні пристрої, що зберігають напрям своїх коливань при поворотах основи. Цей тип гіроскопів є набагато простішим і дешевшим при майже однаковій точності у порівнянні з роторними гіроскопами. В англомовній літературі також вживається термін «коріолісові вібраційні гіроскопи» (англ. Coriolis vibratory gyroscope, CVG), який враховує принцип дії, заснований на ефекті дії сили Коріоліса, як і у роторних гіроскопів.

Принцип роботи

Нехай два підвішених вантажі вібрують на площині у МЕМС-гіроскопі з частотою $\omega _{r}$. Тоді при повороті гіроскопа виникне коріолісове прискорення

${\vec {a}}_{c}=-2({{\vec {v}}\times {\vec {\Omega }}})$,

де ${\vec {v}}$ — швидкість і ${\vec {\Omega }}$ — кутова частота повороту гіроскопа.

Горизонтальна швидкість вантажа, що коливається, визначається як $X_{ip}\omega _{r}\cos(\omega _{r}t)$, а положення вантажа у площині — $X_{ip}\sin(\omega _{r}t)$.

В результаті, рух поза площиною $y_{op}$, що зумовлений поворотом гіроскопа, описується виразом:

$y_{op}={\frac {F_{c}}{k_{op}}}={\frac {2m\Omega X_{ip}\omega _{r}\cos(\omega _{r}t)}{k_{op}}}$,

де

$m$ — маса вантажа, який коливається,

$k_{op}$ — коефіцієнт жорсткості пружини у напрямку, перпендикулярному площині,

$\Omega$ — величина поворота в площині перпендикулярно руху вантажа.

Різновиди

МЕМС-гіроскоп

• П'єзоелектричні гіроскопи.
• Хвильові твердотільні гіроскопи.
• Камертонні гіроскопи.
• Вібраційні роторні гіроскопи.
• МЕМС-гіроскопи.

Застосування

CVG ірландської компанії InnaLabs

Мікромеханічні вібраційні гіроскопи застосовуються в системі вимірювання нахилу електричного самоката Сеґвей. Система складається з п'яти вібраційних гіроскопів, чиї дані обробляються двома мікропроцесорами.

Подібні типи мікрогіроскопів використовуються в мобільних пристроях, зокрема, в мультикоптерах, фотокамерах і відеокамерах (для управління стабілізацією зображення), в смартфонах і т. д..

CVG отримали поширення в системах інерціальної навігації, а також стабілізації платформ і дистанційно-керованих башт бронетанкової техніки.

Див. також

• Прецесія
• Гіроскоп
• Лазерний гіроскоп
• Волоконно-оптичний гіроскоп

Джерела

• Меркурьев И.В., Подалков В.В. . Динамика микромеханического и волнового твердотельного гироскопов. — М. : Физматлит, 2009. — 226 с. — ISBN 978-5-9221-1125-6.
• Климов Д.М., Журавлёв В.Ф., Жбанов Ю.К. Кварцевый полусферический резонатор (Волновой твердотельный гироскоп). — М. : Ким Л.А, 2017. — 194 с. — ISBN 978-5-9909668-5-7.