液浮陀螺儀性能改進技術 陳桂明 9787030393821 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陳桂明 著

圖書標籤:

• 陀螺儀
• 液浮陀螺儀
• 慣性導航
• 控製技術
• 精密儀器
• 機械工程
• 傳感器
• 誤差分析
• 性能改進
• 導航技術

店鋪： 天樂圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030393821

商品編碼：29511029536

包裝：平裝

齣版時間：2014-01-01

基本信息

書名：液浮陀螺儀性能改進技術

定價：65.00元

作者：陳桂明

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2014-01-01

ISBN：9787030393821

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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液浮陀螺儀具有高精度、長壽命和高可靠性等優點。液浮陀螺儀涉及材料、機電、控製、製導等多個學科領域，其性能受材料特性、加工工藝、裝配水平、溫度控製、電機性能、軸承性能等因素影響較大，且各因素之間又相互關聯、相互製約。
　　《液浮陀螺儀性能改進技術》係統分析瞭液浮陀螺儀的結構、工作原理及影響液浮陀螺儀精度和穩定性的重要因素，在大量實驗和工程實踐數據分析的基礎上，主要從溫度場、框架變形、振動三個方麵研究並提齣瞭液浮陀螺儀性能改進技術。
　　《液浮陀螺儀性能改進技術》可作為自動控製、慣性製導等相關專業領域的學生、教師、科研工作者和工程技術人員的參考用書。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《空間精密測量中的陀螺儀技術及其應用》 書籍內容簡介 本書深入探討瞭現代空間精密測量領域中至關重要的陀螺儀技術，並對其在各類高精度應用中的實現與優化進行瞭詳盡的闡述。全書圍繞著陀螺儀的原理、性能指標、誤差來源、以及各類先進的改進技術展開，力求為讀者提供一個全麵而深入的理解。 第一部分：陀螺儀基礎理論與關鍵性能指標 本部分首先從陀螺儀的基本物理原理入手，詳細介紹瞭其核心部件——高速鏇轉的轉子（或稱慣性環）所産生的陀螺效應。我們將追溯到牛頓力學和角動量守恒定律，解釋為什麼高速鏇轉的物體會抵抗其姿態的改變。在此基礎上，我們將詳細講解不同類型的陀螺儀，包括： 機械陀螺儀： 重點介紹傳統的機械陀螺儀，如萬嚮架陀螺儀、無萬嚮架陀螺儀（如球式陀螺儀），分析它們的結構特點、工作原理以及在早期空間任務中的應用。雖然其精度有限，但理解其基礎對於理解後續的先進技術至關重要。 光縴陀螺儀（FOG）： 詳細闡述光縴陀螺儀的工作原理，包括Sagnac效應的物理基礎，以及如何利用光波在鏇轉物體上的傳播路徑差異來測量角速度。我們將深入分析不同構型的光縴陀螺儀，如開放式、閉環式、偏振保持式等，並比較它們的優缺點。 環形激光陀螺儀（RLG）： 詳細介紹環形激光陀螺儀的工作原理，解釋兩個反嚮傳播激光束在感應到鏇轉時的頻率漂移如何轉化為角速度測量。我們將探討不同類型的環形激光陀螺儀，如單軸、雙軸、三軸，以及它們在精度和穩定性上的權衡。 MEMS陀螺儀： 介紹微機電係統（MEMS）陀螺儀的微觀工作原理，通常基於科裏奧利力效應。我們將分析其基本結構，如振動微梁或微盤，以及它們如何通過測量科裏奧利力引起的位移或頻率變化來檢測鏇轉。 在介紹完各類陀螺儀的基本原理後，本書將聚焦於衡量陀螺儀性能的關鍵指標。我們將對這些指標進行深入的定義和分析，包括： 零偏（Bias）： 詳細解釋零偏的概念，即在無輸入信號時陀螺儀輸齣的非零值。我們將討論零偏的産生原因，如材料不均勻性、溫度變化、以及製造工藝等，並闡述其對測量精度的直接影響。 零偏不穩定性（Bias Instability）： 進一步分析零偏隨時間變化的隨機性，即零偏不穩定性。我們將介紹常用的度量方法，如Allan方差，並討論影響零偏不穩定的因素。 角度隨機遊走（Angle Random Walk, ARW）： 定義角度隨機遊走，即陀螺儀輸齣角速度噪聲積分産生的角度纍積誤差。我們將解釋ARW如何影響長期導航精度，並分析其與白噪聲的數學關係。 速率隨機遊走（Rate Random Walk, RRW）： 解釋速率隨機遊走，即陀螺儀輸齣的低頻噪聲，其影響隨時間呈平方增長。我們將探討RRW的來源，並說明其對高動態場景下的測量影響。 靈敏度（Scale Factor）： 定義陀螺儀的靈敏度，即輸齣信號與輸入角速度之間的比例關係。我們將分析靈敏度誤差的來源，如溫度變化、激勵電壓波動等，並討論其校準方法。 軸間耦閤（Gimbal Lock / Cross-axis Sensitivity）： 詳細闡述軸間耦閤的概念，即一個軸的運動會影響其他軸的測量。我們將重點分析萬嚮架陀螺儀中“萬嚮架鎖定”現象的産生機理，以及在現代陀螺儀中如何通過設計和算法來減弱其影響。 工作溫度範圍與溫漂（Temperature Range & Temperature Drift）： 討論陀螺儀在不同溫度下性能的變化，以及如何設計和選擇能夠在極端溫度環境下穩定工作的陀螺儀。 第二部分：空間精密測量中的陀螺儀誤差來源分析 本部分將對陀螺儀在空間精密測量應用中可能遇到的各類誤差進行係統性的梳理和深入分析。理解這些誤差是進行性能改進的前提。 內部誤差： 製造與材料缺陷： 詳細討論陀螺儀內部組件（如轉子、殼體、光縴、激光腔等）在製造過程中産生的微小不均勻性、應力集中、以及材料本身的特性差異如何導緻零偏、靈敏度漂移等誤差。 振動與衝擊： 分析外部振動和衝擊對陀螺儀內部敏感元件的影響，如何引起瞬態誤差、甚至永久性損傷，以及如何通過結構設計和減震措施來緩解。 溫度梯度與變化： 深入探討溫度對陀螺儀各項性能指標的影響，包括零偏漂移、靈敏度變化、甚至熱應力引起的內部形變。我們將分析不同類型陀螺儀對溫度的敏感度差異。 電磁乾擾（EMI）： 講解外部電磁場如何乾擾陀螺儀的電子電路和敏感元件，導緻測量信號失真和誤差纍積。 老化效應： 討論陀螺儀部件隨著時間推移發生的物理和化學變化，如材料疲勞、光縴損耗增加、激光器性能衰減等，如何導緻長期性能退化。 外部誤差： 平颱姿態誤差： 在集成到測量平颱時，平颱本身的安裝誤差、動態形變、以及加速度計讀數誤差如何傳遞到陀螺儀的測量結果中。 重力梯度（Gravitational Gradient）： 對於某些高精度陀螺儀，地球或行星的重力梯度可能引起微小的力矩，從而影響測量精度。 大氣壓力變化（在某些低軌道應用中）： 雖然在真空的太空環境中影響較小，但在接近大氣層的軌道上，大氣壓力的微小變化有時也可能對部分敏感的陀螺儀産生影響。 太陽光照與熱輻射： 分析空間探測器錶麵受到的不均勻太陽光照和地球熱輻射如何引起局部溫度差異，進而影響陀螺儀的性能。 第三部分：空間精密測量領域中的陀螺儀應用 本部分將聚焦於陀螺儀在各種尖端的空間精密測量任務中的實際應用，展現其不可或缺的作用。 衛星姿態確定與控製： 詳細介紹陀螺儀作為衛星姿態確定係統（ADS）的核心傳感器之一，如何與星敏感器、太陽敏感器、地磁敏感器等協同工作，實現高精度的姿態測量。我們將討論陀螺儀在靜態姿態保持、動態姿態機動、以及軌道控製中的具體作用。 慣性導航係統（INS）： 闡述陀螺儀與加速度計相結閤，構成慣性導航係統的原理。我們將討論INS在深空探測器自主導航、軌道參數測量、以及星際飛行器姿態和位置推算中的應用。 天文望遠鏡的指嚮與穩定： 講解高精度陀螺儀如何在地麵和空間天文望遠鏡中實現對天體的精確指嚮和穩定跟蹤。例如，在哈勃空間望遠鏡和詹姆斯·韋伯空間望遠鏡中，陀螺儀如何補償望遠鏡平颱因熱膨脹、微流星體撞擊等引起的微小擾動，確保成像的清晰度。 引力波探測任務： 討論在LIGO、Virgo、以及未來的空間引力波探測器（如LISA）中，陀螺儀所扮演的角色。例如，在LISA任務中，陀螺儀可能用於監測探測器之間的相對姿態，並輔助評估和補償由太陽風、空間塵埃等引起的微小推力。 遙感與地球觀測： 在高分辨率地球觀測衛星中，陀螺儀用於保證相機或傳感器的穩定指嚮，以及實現精確的地理定位，從而提高地物信息提取的精度。 火星探測器與月球探測器： 詳細分析陀螺儀在火星車、月球著陸器等復雜任務中的導航、定位、以及科學儀器指嚮方麵的作用，例如在火星車自主避障和采樣過程中，陀螺儀提供的姿態信息至關重要。 空間站與載人航天器： 探討陀螺儀在空間站內的姿態維持、軌道調整、以及航天員進行的艙外活動（EVA）中的安全保障作用。 第四部分：先進的陀螺儀性能改進技術 本部分是本書的核心和重點，將集中闡述為瞭剋服上述誤差，在空間精密測量領域開發和應用的各類先進技術。 高精度陀螺儀的選型與標定： 深入比較不同類型陀螺儀在空間應用中的優劣勢： 對比FOG、RLG、以及新興的原子陀螺儀（Atomic Gyroscope）等在精度、穩定性、可靠性、功耗、體積等方麵的特點，為空間任務提供選型指導。 精細化標定技術： 詳細介紹如何通過多溫度、多角度、多激勵信號下的精密標定，建立陀螺儀的誤差模型。我們將探討動態標定、自適應標定等方法。 溫度補償與控製技術： 多項式補償模型： 介紹如何利用高階多項式來擬閤陀螺儀的溫度-誤差關係，並進行實時補償。 集成溫度傳感器與加熱/製冷係統： 討論如何在陀螺儀封裝內部集成高精度溫度傳感器，並輔以溫控係統，將陀螺儀工作在最優溫度區間。 熱應力分析與設計： 通過有限元分析等方法，預測和評估熱應力對陀螺儀性能的影響，並優化結構設計以減小熱應力。 振動抑製與衝擊防護： 減震支架與阻尼材料： 介紹如何設計和選擇高性能的減震支架、阻尼材料，以隔離外部振動和衝擊。 內部結構優化： 探討如何通過改變陀螺儀內部敏感元件的固定方式、材料選擇等，提高其抗振動和抗衝擊能力。 嵌入式信號處理與濾波： 在信號采集端進行有效的數字濾波，以去除振動引起的瞬態噪聲。 誤差建模與補償算法： 卡爾曼濾波（Kalman Filter）及其變種： 詳細介紹綫性卡爾曼濾波、擴展卡爾曼濾波（EKF）、無跡卡爾曼濾波（UKF）等在融閤陀螺儀與其他傳感器數據、估計陀螺儀誤差、以及進行實時補償中的應用。 最小二乘法與遞歸最小二乘法： 分析這些算法在建立和更新陀螺儀誤差模型中的作用。 人工智能與機器學習在誤差補償中的應用： 探討如何利用神經網絡、支持嚮量機等機器學習算法，從海量數據中學習復雜的誤差特性，實現更精準的補償。 光縴陀螺儀（FOG）的性能提升： 改進的光學組件設計： 如優化光源、耦閤器、偏振控製器等，減小雜散反射、偏振串擾和相位噪聲。 長光縴技術的應用： 增加光縴長度以提高靈敏度，並探討如何解決光縴的非綫性效應和溫度影響。 數字信號處理技術： 應用先進的數字信號處理算法，如自適應濾波、數字Sagnac效應模擬等，提高信噪比和零偏穩定性。 閉環與寬帶FOG： 分析閉環FOG如何通過反饋迴路提高綫性度和帶寬，以及寬帶FOG在更高動態場景下的優勢。 環形激光陀螺儀（RLG）的性能提升： 優化激光腔設計： 減小腔長變化、提高腔體穩定性，抑製腔體反射引起的誤差。 改進的鎖區（Lock-in）抑製技術： 詳細介紹如抖動（dither）、鏇轉（rotation）、偏振隔離（polarization isolation）等技術，剋服RLG在低速鏇轉時齣現的鎖區現象。 新型材料與塗層： 采用低損耗、高反射率的鏡麵材料和塗層，提高激光器的效率和穩定性。 數字補償與頻率校準： 利用數字信號處理技術，實現激光頻率的精確測量和補償，提高陀螺儀的精度。 新興陀螺儀技術： 原子陀螺儀（Atomic Gyroscope）： 重點介紹基於原子乾涉、原子進動等原理的原子陀螺儀，分析其潛在的超高精度和長時穩定性，以及在空間導航領域的未來前景。 量子陀螺儀： 簡要介紹量子陀螺儀的研究進展，以及其可能帶來的革命性精度提升。 冗餘與故障診斷： 多傳感器融閤與一緻性檢查： 介紹如何通過多個同類型或不同類型陀螺儀的組閤，以及對傳感器輸齣進行一緻性檢查，提高係統的整體可靠性。 故障檢測、隔離與重構（FTIR）： 探討如何設計有效的故障診斷算法，及時發現陀螺儀的失效，並進行隔離，以確保剩餘正常傳感器的信息能夠繼續提供服務。 第五部分：結論與展望 本書最後將對空間精密測量中陀螺儀技術的發展現狀進行總結，並對未來的發展趨勢進行展望。我們將討論計算能力的提升、新型材料的湧現、以及人工智能技術的進一步融閤將如何推動陀螺儀性能邁嚮新的高度，從而賦能更具挑戰性的空間探索任務。 本書的讀者對象： 本書適閤從事航天航空工程、精密儀器製造、導航製導控製、空間科學研究的工程師、技術人員、研究生以及相關專業的本科高年級學生閱讀。對於對高精度測量技術感興趣的愛好者，本書也將提供一個深入瞭解的窗口。

評分☆☆☆☆☆

這本厚重的著作，光是書脊上的信息就足以讓人感受到其沉甸甸的學術分量。雖然我尚未深入研讀其中的每一個章節，但僅憑其標題——《液浮陀螺儀性能改進技術》，以及作者陳桂明這名字，就能推斷齣這絕非一本泛泛而談的入門讀物，而是一部直指核心、聚焦於高精尖工程領域的專業教材或研究專著。我個人對精密儀器領域一直抱有極大的興趣，尤其是那些涉及動態穩定性和高精度姿態保持的設備。液浮陀螺儀，顧名思義，是利用液體靜壓力或動壓力來支撐鏇轉部件，從而最大限度地減少摩擦阻力，以實現超長壽命和極高穩定性的關鍵部件。因此，我非常期待這本書能詳細闡述當前設計中麵臨的那些棘手難題——比如液體動力學特性與結構剛度的耦閤效應，以及如何在復雜工況下（例如劇烈的加速度變化或溫度漂移）維持其亞弧秒級的精度。我猜想書中必定會深入探討新型阻尼材料的應用、流場建模的先進數值方法，以及針對振動抑製的創新性控製策略。這本書的齣現，無疑為我國在慣性導航和空間姿態控製領域的技術迭代提供瞭一份寶貴的理論與實踐指導手冊。我打算從流體力學基礎和誤差源分析這兩塊入手，看看它如何構建起性能提升的理論框架。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，真正的技術突破往往發生在理論的邊緣地帶，那些被傳統教材忽視的、但實際工程中卻頻繁齣現的“反常現象”。液浮陀螺儀的性能改進，往往需要跨學科的思維碰撞。我猜想，陳桂明教授可能在書中融入瞭材料科學的最新進展，比如考慮瞭極端溫度下液體特性的非綫性變化，或者引入瞭基於機器學習的自適應控製策略來實時補償環境擾動。如果這本書能夠挑戰一些長期以來被視為“固有缺陷”的設計範式，提齣顛覆性的創新思路，那它就不僅僅是一本教科書，而可能成為推動整個行業技術邊界嚮前邁進的裏程碑式作品。我個人非常看重這種“敢於質疑前人結論”的精神。我期待從中挖掘齣一些在現有設計規範中尚未體現，但未來可能成為下一代高性能導航係統的核心技術要素。這本書的價值，最終將體現在它能啓發多少後續的研究者和工程師，去挑戰更嚴苛的性能指標。

評分☆☆☆☆☆

從讀者的角度看，一本好的專業書籍，除瞭內容要精深，其邏輯結構和圖錶的可讀性同樣至關重要。我還沒有細看內文排版，但基於我對該領域經典著作的經驗，我期望這本書的章節劃分是層層遞進的：從基礎的流體力學背景介紹，到液浮軸承的幾何優化設計，再到係統級的誤差預算和補償算法。如果書中能配有大量清晰的、帶有詳細注釋的原理示意圖、實驗麯綫圖和仿真結果對比圖，那麼即便某些數學推導非常艱深，讀者也能通過直觀的視覺信息輔助理解核心概念。特彆是在“性能改進”這一主題下，我希望能看到對不同改進路徑的優劣勢進行橫嚮對比——比如，是采用更低粘度的液體介質帶來的摩擦降低更顯著，還是通過優化轉子動平衡來實現的振動抑製效果更持久？這種多維度、辯證的分析方法，能幫助我們避免陷入單一技術的“思維定式”。我希望這本書能提供的是一套解決問題的“工具箱”，而不是僅僅展示一個“完美答案”。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我剛翻開這本書的目錄時，那種撲麵而來的技術術語密度，讓我瞬間明白瞭這是一部“硬核”作品，麵嚮的讀者群體無疑是行業內的資深工程師、高校的博士生或者深潛於此的科研人員。我特彆關注到“性能改進”這個關鍵詞，這暗示著本書的落腳點不是停留在原理介紹，而是解決實際工程中遇到的“瓶頸”問題。在我看來，陀螺儀的性能提升往往意味著毫厘之間的差距，可能涉及到材料的微觀結構、加工工藝的納米級控製，甚至是反饋控製算法的優化迭代。我推測書中會對各種“有損”因素進行細緻入微的剖析，比如軸承間隙的微小變化如何轉化為角速度測量誤差，或者介質的粘滯係數隨環境變化如何影響其動態響應。如果書中能提供詳盡的案例分析，比如某個特定軍工項目或航空航天任務中采用的改進方案，那將是極具說服力的。我希望它能超越傳統的理論推導，提供一些“非正統”的、但已被驗證有效的工程技巧，幫助我們跨越從實驗室原型到可靠産品的“最後一英裏”。這種實戰經驗的積纍和總結，纔是此類專業書籍的真正價值所在。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和齣版社信息（[9787030393821]）透露齣它很可能源自國傢級齣版社的學術係列，這意味著內容經過瞭嚴格的同行評審和專業校驗，具有很高的權威性和可靠性。對我這個剛剛接觸精密機械設計不久的工程師來說，閱讀這本書更像是一次“內功心法”的修煉過程。我感興趣的是，陳桂明教授如何將復雜的流體力學、振動力學和控製理論融會貫通，構建起一個可以量化、可以預測的性能模型。液浮陀螺儀的難點在於其“軟耦閤”特性——液體介質既是支撐，又是傳動和阻尼的載體，其行為難以用簡單的剛體假設來描述。我迫切想知道書中是否提齣瞭新的解析模型，能夠更精確地描述在高速鏇轉狀態下，液體膜厚度波動、氣泡捲入以及邊界層分離等現象對陀螺儀漂移率的影響。如果它能提供一套係統性的性能評估標準和測試流程，並結閤先進的傳感器技術，那這本書的實用價值將指數級提升。這不僅僅是理論的堆砌，更是對精密工程美學的追求體現。