陀螺仪是一种测量相对于惯性系的旋转速率的传感器。因此，它会捕获旋转时方向的所有后续变化。此外，由于地球坐标系本身也在旋转，因此放置在地面的陀螺仪也会检测到地球的旋转速率——大约每小时 15 度。陀螺仪通常以度/秒 (°/s) 或弧度/秒 (rad/s) 为单位表示输出。
它是如何工作的？
在实际应用中，系统以高频率积分旋转速率，以高精度确定传感器方向。因此，该原理构成了所有惯性传感器的基础，包括垂直陀螺仪、姿态和航向参考系统 (AHRS)、运动参考单元 (MRU) 和惯性导航系统 (INS)。
此外，这些在 INS 框架内确定位置和速度方面起着关键作用。此外，性能最高的陀螺仪（通常是闭环光纤陀螺仪 (FOG)）直接测量地球的自转，而无需进行偏差估计。因此，这些传感器无需依赖任何外部参考即可确定航向，这种功能称为陀螺寻北。但是，也存在其他确定航向的技术，这有助于减少对该技术的严格约束。
陀螺仪中的科里奥利效应和萨格纳克效应
关于其工作原理，SBG Systems 陀螺仪利用两种核心物理效应来测量旋转：科里奥利效应和萨格纳克效应。具体而言，MEMS 陀螺仪使用科里奥利效应。当校准质量在 X 方向上振动时，绕垂直 Z 轴的旋转会产生一个力，该力会导致沿 Y 轴的运动。
因此，一些MEMS 架构实现了这一原理，通常使用振动梁或环。值得注意的是，这些陀螺仪的实际性能因 MEMS 元件尺寸和质量、传感器封装以及机械和信号处理技术等因素而异。
诸如 FOG 等光学陀螺仪，采用萨格纳克效应来测量旋转。在这种方法中，两个光源以相反的方向环绕——一个顺时针，另一个逆时针。当没有旋转时，光波同时到达；然而，在旋转期间，一条路径延长而另一条路径缩短。因此，这会产生干涉，可以通过测量来推断角速度。
陀螺仪在惯性导航中的应用
这些原理共同使陀螺仪能够在各种应用中提供精确可靠的运动数据。
航空
在航空领域，这些系统对于飞机导航和稳定性至关重要。它们用于以下系统：
- 姿态指示器: 这些仪器显示飞机相对于地平线的姿态，帮助飞行员保持正确的俯仰和滚转角度。
- 自动驾驶仪系统：陀螺仪向自动驾驶仪系统提供反馈，从而可以自动控制飞机的航向精度、高度和航线。
- 惯性导航系统 (INS)：INS 依靠陀螺仪来跟踪飞机的运动和方向，即使在 GPS 信号不可用时也能提供准确的定位信息。
海上导航
关于海上导航，陀螺仪有助于维持船舶和潜艇的稳定性和航向：
- 陀螺罗经: 陀螺罗经提供精确的定向信息，独立于地球磁场，帮助导航员保持稳定的航向。
- 稳定系统使用这些传感器来减少横摇和纵倾，从而提高乘客的舒适度并确保安全。
太空
对于航天器和卫星，陀螺仪对于定向和控制至关重要：
- 姿态控制系统：陀螺仪通过提供旋转运动的精确测量来帮助控制航天器的方向，这对于对接、定位和机动等任务至关重要。
- 惯性测量单元 (IMU)：IMU（包括陀螺仪）提供导航和稳定功能，以确保在空间中的精确定位和控制。