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陀螺仪是什么?有什么用?
上传时间:2017-10-06 15:52点击:

陀螺仪是什么?有什么用?

绕一个支点高速滚动的刚体称为陀螺(top)。一般所说的陀螺是特指对称陀螺,它是一个质量均匀分布的、具有轴对称形状的刚体,其几许对称轴就是它的自转轴。 由苍蝇后翅(退化为平衡棒)仿生得来。

  在必定的初始条件和必定的外在力矩效果下,陀螺会在不断自转的一同,还绕着另一个固定的转轴不断地旋转,这就是陀螺的旋进(precession),又称为反转效应(gyroscopic effect)。陀螺旋进是日常日子中常见的现象,许多人小时候都玩过的陀螺就是一例。

  人们运用陀螺的力学性质所制成的各种功用的陀螺设备称为陀螺仪(gyroscope),它在科学、技能、军事等各个范畴有着广泛的运用。比如:反转罗盘、定向指示仪、炮弹的翻转、陀螺的章动、地球在太阳(月球)引力矩效果下的旋进(岁差)等。

  陀螺仪的品种许多,按用处来分,它能够分为传感陀螺仪和指示陀螺仪。传感陀螺仪用于飞翔体运动的主动操控体系中,作为水平、笔直、俯仰、航向和角速度传感器。指示陀螺仪首要用于飞翔状况的指示,作为驾驶和领航外表运用。

VG910光纤陀螺仪

  现在的陀螺仪分为,压电陀螺仪,微机械陀螺仪,光纤陀螺仪,激光陀螺仪,都是电子式的,能够和加速度计,磁阻芯片,GPS,做成惯性导航操控体系。

 

陀螺仪是什么?有什么用?

陀螺仪结构

 

 

结构

 根本上陀螺仪是一种机械设备,其首要部分是一个对旋转轴以极高角速度旋转的转子,转子装在一支架内;在经过转子中心轴XX1上加一内环架,那么陀螺仪就可盘绕飞机两轴作自在运动;然后,在内环架外加上一外环架;这个陀螺仪有两个平衡环,能够盘绕飞机三轴作自在运动,就是一个完好的太空陀螺仪(space gyro)。

根本部件

从力学的观念近似的分析陀螺的运动时,能够把它看成是一个刚体,刚体上有一个万向支点,而陀螺能够绕着这个支点作三个自在度的滚动,所以陀螺的运动是归于刚体绕一个定点的滚动运动。更切当地说,一个绕对称轴高速旋转的飞轮转子叫陀螺。将陀螺安装在结构设备上,使陀螺的自转轴有角滚动的自在度,这种设备的整体叫做陀螺仪,
  陀螺仪的根本部件有:
  (1) 陀螺转子(常选用同步电机、磁滞电机、三相沟通电机等拖动办法来使陀螺转子绕自转轴高速旋转,并见其转速近似为常值)
  (2) 内、外结构(或称内、外环,它是使陀螺自转轴获得所需角滚动自在度的结构)
  (3) 附件(是指力矩马达、信号传感器等)。

原理

陀螺仪的原理就是,一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时,是不会改动的。人们依据这个道理,用它来坚持方向,制造出来的东西就叫陀螺仪。陀螺仪在作业时要给它一个力,使它快速旋转起来,一般能到达每分钟几十万转,能够作业很长时刻。然后用多种办法读取轴所指示的方向,并主动将数据信号传给操控体系。
  在现实日子中,陀螺仪发作的进给运动是在重力力矩的效果下发作的。

特性

陀螺仪被广泛用于航空、航天和帆海范畴。这是因为它的两个根本特性:一为定轴性(inertia or rigidity),另一是进动性(precession),这两种特性都是建立在角动量守恒的准则下。
  定轴性
  当陀螺转子以高速旋转时,在没有任何外力矩效果在陀螺仪上时,陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向坚持安稳不变,即指向一个固定的方向;一同反抗任何改动转子轴向的力气。这种物理现象称为陀螺仪的定轴性或安稳性。其安稳性随以下的物理量而改动:
  1.转子的滚动惯量愈大,安稳性愈好;
  2.转子角速度愈大,安稳性愈好。
  所谓的“滚动惯量”,是描绘刚体在滚动中的惯性巨细的物理量。当以相同的力矩别离效果于两个绕定轴滚动的不同刚体时,它们所获得的角速度一般是不一样的,滚动惯量大的刚体所获得的角速度小,也就是坚持原有滚动状况的惯性大;反之,滚动惯量小的刚体所获得的角速度大,也就是坚持原有滚动状况的惯性小。
  进动性
  当转子高速旋转时,若外力矩效果于外环轴,陀螺仪将绕内环轴滚动;若外力矩效果于内环轴,陀螺仪将绕外环轴滚动。其滚动角速度方向与外力矩效果方向相互笔直。这种特性,叫做陀螺仪的进动性。进动角速度的方向取决于动量矩H的方向(与转子自转角速度矢量的方向共同)和外力矩M的方向,并且是自转角速度矢量以最短的途径追逐外力矩。如右图。
  进动方向  这可用右手定则断定。即伸直右手,大拇指与食指笔直,手指顺着自转轴的方向,手掌朝外力矩的正方向,然后手掌与4指曲折握拳,则大拇指的方向就是进动角速度的方向。
  进动角速度的巨细取决于转子动量矩H的巨细和外力矩M的巨细,其核算式为进动角速度ω=M/H。
  进动性的巨细也有三个影响的要素:
  1.外界效果力愈大,其进动角速度也愈大;
  2.转子的滚动惯量愈大,进动角速度愈小;
  3.转子的角速度愈大,进动角速度愈小。

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