陀螺仪发展前景及新型哥式振动陀螺

随着现代科技日新月异的发展，人们对陀螺的性能指标提出了更高的要求，陀螺仪的低成本、小型化、高精度是其发展的必然趋势。

美国霍尼韦尔公司的GG1308型陀螺仪是小体积、低成本激光陀螺的最典型代表，该陀螺三角形光路的边长仅2 cm，总体积小于32.8 cm3［3］，质量为60 g，每只售价仅为1 000美元，零偏稳定性为5 °/h～1 °/h［4］。

集成光学陀螺（IOG）也称为芯片上的光学陀螺，是一种以光波导为基的Sagnac效应陀螺［2］。理论上，通过在一个集成光学芯片上制作一个FOG光路就可以将MEMS陀螺的小尺寸和光纤陀螺全固态、无源可靠性高的特点结合起来，可成批生产并且性能稳定。IOG虽然还没有达到相当于光纤陀螺的灵敏度，但它的高集成度以及可以预见的优良性能使其成为一种很有发展潜力和市场竞争力的陀螺结构。

据赛峰公司的预测，哥式振动陀螺将成为下一代陀螺仪（图6）。尤其是半球谐振陀螺，创新设计和大规模工业投资使其精度和产量不断提高，它能够以非常经济高效的方式满足苛刻环境条件下的精度要求，应对大众市场问题［8］。(www.xing528.com)

图6　赛峰公司关于陀螺技术应用前景的预测［8］

从陀螺技术的长远发展来看，原子陀螺（Atomic Gyroscope）极有发展潜力，虽然研究历史较短，但取得的成果是令人振奋的。从工作原理上看，原子陀螺可分为基于原子干涉的冷原子陀螺（AIG）和基于原子自旋的核磁共振陀螺（NMRG）两大类，它们都尚处于研究初期阶段，有望满足未来陀螺仪精度更高、体积更小、可靠性更强、动态性能更卓越的要求［10］。美国圣地亚国家实验室、斯坦福大学、加州大学伯克利分校、普林斯顿大学等多家国外研究机构已经成功研制了基于各种方案的原子陀螺原理样机。随着一系列工程难题的逐步解决，原子陀螺的工业化制造、工程化应用将是必然趋势。

总体来说，光学陀螺是目前应用的主流。据估计，其产品市场占有率达到了60％左右［11］，并且全球光学陀螺仪市场的需求在未来10年内还将不断增加；哥式振动陀螺将成为下一代陀螺仪，它有望以更小的功耗和更高的稳定性获得广泛的应用；而原子陀螺是陀螺研究领域的热点，它的研制将为陀螺的高精度、小型化发展提供思路，为惯性技术开辟新的应用领域。