自由陀螺仪的核心是一个高速旋转的具有较大质量及转动惯量的飞轮，称为陀螺转子。由于高速旋转刚体的定轴性，陀螺转子轴的方向在无外力矩作用时会相对惯性空间保持稳定。为了使转子能正常转动，并不受陀螺基座及载体角运动的限制和影响，利用两个框架支承隔离了外界的角运动，因此在框架支承允许的角度范围内，陀螺转子可作为惯性姿态基准。通过框架轴上安装的角度传感器测量壳体相对转子轴的相对转角，即可得到载体姿态信息。为了进行陀螺的初始定向或角位置归零，在每个轴上还安装有力矩器，通过向力矩器施加控制电流，可以控制转子轴在惯性空间转动到所需方向。

测量范围：不超过10°

综合漂移：1~5°/h

自由陀螺仪，泛指工作于测角状态的两自由度陀螺仪。因为陀螺转子不随壳体作角运动而得名，包括以框架（也称常平架或环）结构支撑的机械式自由陀螺仪。无框架的由静电支承的静电陀螺仪、由气体动压效应支承的动压气浮陀螺仪，以及由挠性元件支承的动力调谐陀螺仪。工程上自由陀螺仪特指机械式两自由度陀螺仪，无框架的静电陀螺仪和动压气浮陀螺仪称为自由转子陀螺仪，挠性支承的称为动力调谐陀螺仪或挠性陀螺仪。 这里介绍机械式自由陀螺仪。

内框架组件装有陀螺转子及驱动电机，其上、下部各有一个轴颈，构成内框架轴。通过两个径向滚准轴承与外框架组件连接，使之能绕内框架轴相对于外框架转动。滚转轴承可对内框架提供径向支承，其轴向支承由悬挂装置提供。内框架轴上装有内轴传感器、内轴输电装置和内轴力矩器。传感器可将内框架组件相对外框架组件转动的角位移转变为电信号；而输电装置可将陀螺电机所需的电源，从外框架传输到内框架组件上；力矩器可以绕内框架轴对陀螺施加力矩，使陀螺绕外轴进动。

自由陀螺仪是最早出现的陀螺仪表，其构造比较简单，造价较低，但精度也较低，因此主要应用于精度要求不高的场合，如飞机姿态指示仪表、自动驾驶仪的姿态敏感仪表，以及位置捷联式惯性制导系统的姿态敏感仪表等。

振动陀螺仪音叉振动陀螺仪

音叉振动陀螺仪又称音叉谐振陀螺仪。它利用音叉端部的振动质量被基座带动旋转时的哥氏效应来敏感角速度。从功能上看，它属于单轴速率陀螺仪。

音叉的双臂在激振装置的激励下做相向和相背交替的往复弯曲运动，音叉两端部的质量就做相向和相背交替的往复直线运动。激振装置保证了音叉做等幅振荡运动，双臂振荡的幅值相等，而相位恰好相反。

音叉振动陀螺仪的哥氏效应可以用下图来说明，由于相对运动和牵连运动的相互影响，音叉端部两个质点均具有哥氏加速度，并受到哥氏惯性力的作用。当音叉端部的质点做相向运动时，其哥氏加速度大小为

两个质点的哥氏惯性力矢量在xoz平面上，由此对音叉中心轴形成转矩，即哥氏惯性力矩，其大小为

其中s为音叉两端质点与y轴的垂直距离，方向如图1中所示。

若音叉两端部的质点做相背运动时，则相对速度、哥氏速度、哥氏加速度、哥氏惯性力和哥氏惯性力矩都和图中的方向相反。

除了音叉端部两质点有上述现象外，音叉两臂上所有对称位置上的质点都会出现上述哥氏效应，所以整个音叉的哥氏惯性力矩应当通过积分来求得，通过积分输出的结果便可以反推出角速度信息。

振动陀螺仪壳体振动陀螺仪

壳体振动陀螺仪利用轴对称壳的振动质量在角速度作用下的哥氏效应而工作。在这种陀螺仪中，哥氏效应所导致的结果是振动波形相对基座的偏转。

壳体振动陀螺仪的核心部分是谐振壳体或称谐振子，利用谐振子振型相对基座的偏转来度量基座相对惯性空间的旋转。振型偏转方向与基座转动方向相反，振型偏转角度

谐振子振型的偏转通过哥氏加速度和哥氏惯性力从得到，也即通过谐振子在角速度作用下的哥氏效应得到相应的谐振子振型的偏转角度，由此便可以从壳体振动陀螺仪输出信息中反推出角速度信息。

振动陀螺仪微机械振动陀螺仪

微机械振动陀螺仪是固态的角速度传感器，以压电杯结构设计测量 coriolis 力.保证陀螺仪输出和角速度成正比的高精度电压信号。其一般测量范围 为0- 1500°/s ，单极或两极的输出电压可供选择使用。