一个旋转着的陀螺的稳定性与这个陀螺的转速有着直接的关系,转速越快,陀螺就越稳。这是因为旋转着的物体都有一个转轴,这个转轴的方向是不容易轻易改变的,这是由旋转物体的特性所决定的,转动速度越快,转轴的方向便越难以改变。所以当我们为一个旋转的陀螺提供一个支点,那么这个陀螺便会竖直地在支点上转动,转轴始终指向上方,但是如果我们将旋转的陀螺以一定的倾斜角度放置在这个支点上,它就会保持原有的倾斜角度在支点上转动,同时陀螺本身还会围绕支点做圆周运动。陀螺仪的特点之一是响应速度快,可实时反馈物体的角速度变化。陕西盾构导向惯性导航系统
陀螺仪(来自古希腊语的γῦροςgûros "圆形或者旋转" 和σκοπέω skopéō "看到的"),是用于测量或维护方位和角速度的设备。它是一个旋转的轮子或圆盘,其中旋转轴可以不受影响的设定在任何方向。当旋转发生时,根据角动量守恒定律,该轴的方向不受支架倾斜或旋转的影响。还有一些使用其他工作原理的陀螺仪,例如,在电子设备中可以看到的使用微芯片封装的微机电(MEMS)陀螺仪、固态环形激光器、光纤陀螺仪和极其灵敏的量子陀螺仪。黑龙江抗电磁陀螺仪陀螺仪可以测量物体的旋转速度和角度,从而帮助确定物体的方向和位置。
现代光纤陀螺仪包括干涉式陀螺仪和谐振式陀螺仪两种,它们都是根据塞格尼克的理论发展起来的。塞格尼克理论的要点是这样的:当光束在一个环形的通道中前进时,如果环形通道本身具有一个转动速度,那么光线沿着通道转动的方向前进所需要的时间要比沿着这个通道转动相反的方向前进所需要的时间要多。也就是说当光学环路转动时,在不同的前进方向上,光学环路的光程相对于环路在静止时的光程都会产生变化。利用这种光程的变化,如果使不同方向上前进的光之间产生干涉来测量环路的转动速度,就可以制造出干涉式光纤陀螺仪,如果利用这种环路光程的变化来实现在环路中不断循环的光之间的干涉,也就是通过调整光纤环路的光的谐振频率进而测量环路的转动速度,就可以制造出谐振式的光纤陀螺仪。从这个简单的介绍可以看出,干涉式陀螺仪在实现干涉时的光程差小,所以它所要求的光源可以有较大的频谱宽度,而谐振式的陀螺仪在实现干涉时,它的光程差较大,所以它所要求的光源必须有很好的单色性。
其稳定性随以下的物理量而改变:1、转子的转动惯量愈大,稳定性愈好;2、转子角速度愈大,稳定性愈好。所谓的“转动惯量”,是描述刚体在转动中的惯性大小的物理量。当以相同的力矩分别作用于两个绕定轴转动的不同刚体时,它们所获得的角速度一般是不一样的,转动惯量大的刚体所获得的角速度小,也就是保持原有转动状态的惯性大;反之,转动惯量小的刚体所获得的角速度大,也就是保持原有转动状态的惯性小。进动性,当转子高速旋转时,若外力矩作用于外环轴,陀螺仪将绕内环轴转动;若外力矩作用于内环轴,陀螺仪将绕外环轴转动。其转动角速度方向与外力矩作用方向互相垂直。这种特性,叫做陀螺仪的进动性。进动性的大小有三个影响的因素:1、外界作用力愈大,其进动角速度也愈大;2、转子的转动惯量愈大,进动角速度愈小;3、转子的角速度愈大,进动角速度愈小。陀螺仪的主要作用是测量和维持物体的角速度和姿态,为导航、制导等领域提供支持。
陀螺仪的基本构成(以机械式陀螺仪为例):(1)转子:常使用电机(比如同步电机、磁滞电机、三相交流电机等)驱动陀螺转子绕其自转轴高速旋转,并使其转速近似保持为常值;(2)自转轴;(3)万向坐标系(内、外环):使陀螺自转轴获得所需角转动自由度;(4)力矩马达、信号传感器等。使用陀螺仪/利用陀螺仪原理的产品/设备,惯性导航仪、体感设备(Joycon/wii等)、智能手机、穿戴设备(智能手表/手环)、飞行器/无人机、电子摄影设备、稳定器、AR/VR、机器人、游戏控制器/游戏手柄、自行车(轮子转的越快越不容易倒)。陀螺仪可以用于地理测量和地图制作,提供准确的地理信息。黑龙江抗电磁陀螺仪
陀螺仪可以用于无人机的姿态控制和导航,提供准确的飞行数据。陕西盾构导向惯性导航系统
陀螺仪的发展历程:机械式 → 小型芯片状。1850年,法国物理学家,莱昂·傅科,发现高速转动中的转子由于惯性作用,其旋转轴永远指向固定方向,故用希腊字gyro(旋转)和skopein(看)来命名这种设备,即陀螺仪(gyro scope),并利用陀螺仪验证了地球的自转运动。1908年,德国科学家,赫尔曼·安许茨·肯普费,设计一种单转子摆式陀螺,该系统可以凭借重力力矩自动寻找方向,解决了舰船导航的问题。二战期间,德国,利用陀螺仪,为V-2火箭装备了惯性制导系统,实现陀螺仪技术在导弹制导领域的初次应用。使用陀螺仪确定方向和角速度,使用加速度计计算加速度,计算得出飞弹飞行的距离与路线,同时控制飞行姿态,以争取让飞弹落到想去的地方陕西盾构导向惯性导航系统
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