在美国发展战略核潜艇的时代，由美国伊利诺伊大学诺尔西克教授于1954年提出。1954年的方案是设计一种赤道上带土星环的空心球转子框架式静电陀螺仪。

球形转子安装在支承电极的球腔之中。下图只画出一路,实际上同样的系统共有三路。整个电极球腔分割为12块等面积的电极。当转子偏离电极中心时，在相应的两块电极上同时接通正或负等幅度的控制电压，使转子回到电极中心位置，同时转子始终处在低电势，从而解除了三路支承之间的耦合关系。

图1 静电支撑系统工作原理

静电陀螺仪输出姿态角信息主要可分为两种方式：一种是采用光电信号转换器获得，另一种是测量转子旋转时的偏心距获得。在这里详述采用光电信号转换器获取姿态角信息的过程。 在转子极点的一侧刻有矩形图线,当转子的极点偏离顶端光电信号转换器时，将有转子自转频率的正弦波信号输出，其幅度和偏角的大小成正比。侧面刻线由侧面光电信号转换器观测，产生脉冲信号，作为检相器参考方波的相位基准。经过上述信号变换,静电陀螺仪将输出两路直流信号，成为二自由度的位置陀螺仪。

图2 转子表面刻线情况

静电陀螺仪具有加转线圈和阻尼线圈。在陀螺仪启动之后，这些线圈不再接入加转电流和阻尼电流，而是作为加矩线圈使用。如果把顶端和侧面的光电信号送入加矩控制线路，则可以把陀螺仪转子锁定在顶端光电信号转换器的零位上：这时静电陀螺仪成为一个二自由度的速度陀螺仪。加矩线路还可量测和补偿陀螺仪的漂移。

静电陀螺仪转子一般为球形铍转子，转速一般400～800 rad/s，静止时极轴方向比赤道方向略大，工作时离心力使其成为圆球，被密封于空腔内，通过空腔内壁上的三对三轴正交电极支承。其静电支承方式分为有源支承与无源支承，可消除对转子的机械摩擦。

静电陀螺仪灵敏度高，其漂移误差低于，尤其是失重条件下，其静电支承力显著下降，精度能大幅度提高，故广泛应用于核潜艇、大型水面舰艇、远程飞机与空间飞行器上。