陀螺儀在很多地方都可以看得到。手機(jī)、工控裝備等，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，它的應(yīng)用只會(huì)越來越多。陀螺儀是用高速回轉(zhuǎn)體的動(dòng)量矩敏感殼體相對(duì)慣性空間繞正交于自轉(zhuǎn)軸的一個(gè)或二個(gè)軸的角運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置。利用其他原理制成的角運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置起同樣功能的也稱陀螺儀。

陀螺儀應(yīng)用廣泛
現(xiàn)代陀螺儀是一種能夠精確地確定運(yùn)動(dòng)物體的方位的儀器，它是現(xiàn)代航空，航海，航天和國防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導(dǎo)航儀器，它的發(fā)展對(duì)一個(gè)國家的工業(yè)，國防和其它高科技的發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要是指機(jī)械式的陀螺儀，機(jī)械式的陀螺儀對(duì)工藝結(jié)構(gòu)的要求很高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它的精度受到了很多方面的制約。自從上個(gè)世紀(jì)七十年代以來，現(xiàn)代陀螺儀的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。

1976年 等提出了現(xiàn)代光纖陀螺儀的基本設(shè)想，到八十年代以后，現(xiàn)代光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發(fā)展，與此同時(shí)激光諧振陀螺儀也有了很大的發(fā)展。光纖陀螺儀具有結(jié)構(gòu)緊湊，靈敏度高，工作可靠等等優(yōu)點(diǎn)，關(guān)鍵部件和光纖陀螺儀同時(shí)發(fā)展的除了環(huán)式激光陀螺儀外，還有現(xiàn)代集成式的振動(dòng)陀螺儀，集成式的振動(dòng)陀螺儀具有更高的集成度，體積更小，也是現(xiàn)代陀螺儀的一個(gè)重要的發(fā)展方向。

現(xiàn)代光纖陀螺儀包括干涉式陀螺儀和諧振式陀螺儀兩種，它們都是根據(jù)塞格尼克的理論發(fā)展起來的。塞格尼克理論的要點(diǎn)是這樣的:當(dāng)光束在一個(gè)環(huán)形的通道中前進(jìn)時(shí)，如果環(huán)形通道本身具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，那么光線沿著通道轉(zhuǎn)動(dòng)的方向前進(jìn)所需要的時(shí)間要比沿著這個(gè)通道轉(zhuǎn)動(dòng)相反的方向前進(jìn)所需要的時(shí)間要多。也就是說當(dāng)光學(xué)環(huán)路轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在不同的前進(jìn)方向上，光學(xué)環(huán)路的光程相對(duì)于環(huán)路在靜止時(shí)的光程都會(huì)產(chǎn)生變化。利用這種光程的變化，如果使不同方向上前進(jìn)的光之間產(chǎn)生干涉來測(cè)量環(huán)路的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，就可以制造出干涉式光纖陀螺儀，如果利用這種環(huán)路光程的變化來實(shí)現(xiàn)在環(huán)路中不斷循環(huán)的光之間的干涉，也就是通過調(diào)整光纖環(huán)路的光的諧振頻率進(jìn)而測(cè)量環(huán)路的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，就可以制造出諧振式的光纖陀螺儀。從這個(gè)簡(jiǎn)單的介紹可以看出，干涉式陀螺儀在實(shí)現(xiàn)干涉時(shí)的光程差小，所以它所要求的光源可以有較大的頻譜寬度，而諧振式的陀螺儀在實(shí)現(xiàn)干涉時(shí)，它的光程差較大，所以它所要求的光源必須有很好的單色性。

日本某公司和宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)共同開發(fā)了用于國產(chǎn)火箭的高精度MEMS陀螺儀。該陀螺儀是用于監(jiān)測(cè)火箭及衛(wèi)星等航空、航天器航行位置的重要設(shè)備，新型MEMS陀螺儀精度比原有陀螺儀提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到了0.1°∕h。
在傳感器行業(yè)快速發(fā)展的今天，芬蘭VTI作為全球領(lǐng)先的加速度傳感器，陀螺儀生產(chǎn)商為傳感器發(fā)展提供了良好的發(fā)展機(jī)遇，芬蘭VTI公司成功研發(fā)并生 產(chǎn)了基于先進(jìn)的3DMEMS技術(shù)的陀螺儀(角速率傳感器)。基于VTI公司20年MEMS的成功經(jīng)驗(yàn)，VTI的 MEMS陀螺儀產(chǎn)品，具有溫度漂移小，性能穩(wěn)定，性價(jià)比高以及抗沖擊力強(qiáng)等特點(diǎn)。目前，陀螺儀已廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)等民用電子產(chǎn)品。在航空、航 天器上則至少需要安裝一個(gè)陀螺儀，使用激光作為光源的光學(xué)式陀螺儀是現(xiàn)行的主流設(shè)備。但光學(xué)陀螺儀存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)要求高、耗電量大、成本高等缺陷，而 MEMS陀螺儀由于精度較低，不滿足航空、航天器的需要。
日本對(duì)該公司精度最高的MEMS陀螺儀進(jìn)行了改良，將溫度特性校正方式由模擬改為數(shù)字以提高校正精度，并改善了傳感頭的材料和結(jié)構(gòu)。通過改進(jìn)，陀螺 儀的組成部件減少了一半，同時(shí)減輕了重量。之前在H2A火箭上搭載的光學(xué)式陀螺儀由玻璃和激光器件構(gòu)成，新型MEMS陀螺儀在精度不變的情況下，價(jià)格是光 學(xué)式陀螺儀的百分之一(約為幾十萬日元)。
陀螺儀的兩個(gè)最基本的特性就是它的定軸性和進(jìn)動(dòng)性。凡是繞自身對(duì)稱軸高速旋轉(zhuǎn)的物體都可以稱為陀螺，陀螺具有特殊的轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律。圖1是一個(gè)玩具陀螺。如何讓它在光滑的桌面上直立起來呢？其實(shí)，只要使它繞垂直軸（重力方向）快速旋轉(zhuǎn)就行了。這時(shí)如果桌面傾斜，就會(huì)發(fā)現(xiàn)陀螺轉(zhuǎn)軸方向仍保持不變，如圖1所示，這就是陀螺的定軸性。如果轉(zhuǎn)軸的初始方向不是嚴(yán)格垂直，而是偏離重力方向一個(gè)角度，我們又發(fā)現(xiàn)陀螺轉(zhuǎn)軸會(huì)在一個(gè)以重力方向?yàn)檩S線的圓錐面上運(yùn)動(dòng)，圖1，而不是像不轉(zhuǎn)動(dòng)的剛體那樣在重力作用下倒下，這就是陀螺的進(jìn)動(dòng)性。陀螺的定軸性和進(jìn)動(dòng)性統(tǒng)稱為陀螺效應(yīng)。

圖1 玩具陀螺的運(yùn)動(dòng)
利用陀螺的定軸性和進(jìn)動(dòng)性，用不同的結(jié)構(gòu)，配以不同的電路，就會(huì)得到不同功能的陀螺儀，如速率陀螺儀（用作測(cè)量角速度）、積分陀螺儀（用作測(cè)量角度）、陀螺加速度計(jì)（用作測(cè)量加速度）等。
慣性制導(dǎo)系統(tǒng)中最核心的部件就是陀螺儀。可以說，陀螺儀是慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的心臟。
高速旋轉(zhuǎn)的陀螺軸承安裝在框架環(huán)上時(shí)，由于自轉(zhuǎn)軸具有定軸性，因而使自轉(zhuǎn)軸與基座的運(yùn)動(dòng)無關(guān)，即基座運(yùn)動(dòng)而自轉(zhuǎn)軸不動(dòng)。這樣基座與自轉(zhuǎn)軸之間（通過框架軸的轉(zhuǎn)動(dòng)）在一個(gè)方向上構(gòu)成一個(gè)自由度，這種裝置稱為單自由度陀螺儀，圖2（a）。如果在框架環(huán)外面再套一層框架環(huán)（前者稱為內(nèi)環(huán)，后者稱為外環(huán)），且軸互相垂直，則構(gòu)成一個(gè)二自由度的陀螺儀。

圖2 單自由度陀螺儀和雙自由度陀螺儀
對(duì)單自由度陀螺，當(dāng)基座因某種干擾隨箭體出現(xiàn)偏離預(yù)定姿態(tài)，產(chǎn)生俯仰、偏航或滾轉(zhuǎn)的某一方向的運(yùn)動(dòng)時(shí)，因該方向陀螺自轉(zhuǎn)軸保持方向不變，將使機(jī)座相對(duì)于框架環(huán)旋轉(zhuǎn)一定的角度。如果用傳感器把這個(gè)角度換成電信號(hào)，通過箭上該方向的伺服電子線路，驅(qū)動(dòng)搖擺發(fā)動(dòng)機(jī)或游動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)（即執(zhí)行機(jī)構(gòu)）擺動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)力矩，使箭體恢復(fù)到受干擾前的狀態(tài)，這就保持了飛行中火箭姿態(tài)在該方向的穩(wěn)定。