速率陀螺仪

速率陀螺仪（ rate gyroscope ），测量物体角速度的陀螺仪表。20世纪20年代初，速率陀螺仪首先用作飞机的基本飞行仪表。继而用来为防空火力控制瞄准器提供前置角数据。速率陀螺仪的用途很广，它不仅用于飞行器、车辆、火炮控制等方面，在有关角度控制的伺服系统中也常常用它来改善系统的动态品质。在飞行器上，速率陀螺仪能为导航、制导系统提供角速度信号，而更多的是利用它输出的角速度信号来改善自动驾驶仪的动态品质。

速率陀螺仪的类型很多，最常用的有三类。

①扭杆式速率陀螺仪：当飞行器绕速率陀螺仪的输入轴有角速度时，开始瞬间速率陀螺仪的壳体迫使转子跟着转动，相当于沿输入轴施加一个外力矩。依据陀螺仪的进动性原理（见陀螺仪），沿速率陀螺仪的输出轴会产生陀螺力矩使转子绕输出轴进动，引起扭杆扭转，沿输出轴遂产生一个外加的弹性力矩。同理，在弹性力矩作用下，转子又将绕输入轴产生进动，当其进动角速度与飞行器角速度相等时，壳体不再向转子施加力矩，因而转子不再绕输出轴进动，扭杆也不再继续扭转。转子绕输入轴进动角速度的大小与外加力矩（这里指弹性力矩）成正比。这时进动角速度与飞行器角速度相等，因而弹性力矩与飞行器角速度成正比。而弹性力矩与扭杆的转角成比例，所以转子绕输出轴的转角（即角度传感器输出的信号）与飞行器的角速度成正比。阻尼器用来抑制转动过程中的振荡。扭杆式速率陀螺仪因结构简单而广泛用于飞行器姿态控制；它的缺点是存在输出时转子会偏离零位，使输出产生交叉耦合误差。输入角速度越大，这个误差越大，因而精度不太高。

②反馈式速率陀螺仪：为了弥补扭杆式速率陀螺仪的缺点，可将角度传感元件的输出信号经放大后反馈到输出轴上的力矩器中构成回路，以电弹簧代替扭杆，只要回路的增益足够大就能使转子始终保持在零位附近。流入力矩器的电流正比于输入角速度，可作为仪表的输出。

③积分陀螺仪：去掉速率陀螺仪的扭杆(或弹簧)而仅保留阻尼器则成为积分陀螺仪。当飞行器绕积分陀螺仪输入轴有角速度时，一开始的状况与速率陀螺仪相同，转子绕输出轴进动。阻尼器产生的阻尼力矩又引起转子绕输入轴进动。由于阻尼力矩与角速度成比例，转子继续绕输出轴转动（无扭杆约束），其转速与飞行器的角速度成正比，因而输出轴上的角度传感器输出与飞行器转角成正比的信号。由于输入是角速度而输出是角度信号，故称为积分陀螺仪。它在惯性导航中得到广泛应用。