翻身陀螺原理解析

翻身陀螺原理解析

摘要：介绍翻身陀螺的发展史；通过对实验现象的观察、分析和讨论，得出翻身脱落现象产生的根本原应是摩擦力；最后，总结过程得到的启发。

背景：两位物理学大师波尔（Bohr N)和泡利（Pauli W）被地上滚动的小陀螺吸引住了（如图1），他们全神贯注地观察这个旋转中的带柄小球突然翻身，短柄着地并继续旋转的现象。早在1800年Thomson已注意到旋转中的卵石会出现翻转，在1800年佩里（perry）关于陀螺的著作里有记载。1891年慕尼黑的斯佩尔申请过关于翻身陀螺的专利，但因为未交申请费于一年后失效。直到1950翻身陀螺才被丹麦工程师奥斯特伯格重新发明并获得专利，他的灵感来自南美洲土著居民小圆果实翻转现象。

原理分析：翻身陀螺形状如图，它是一个切去一小块的球，因此它的重心C在球心OC下方，在旋转时，它不同于普通陀螺会绕尖端转动，而是持续向一边偏到，最终达到翻转的目的。

（1）力学分析：开始时，给陀螺作用一个冲量矩，陀螺获得一个角动量，开始逆时针旋转。一般情况下，翻身陀螺由于各种扰动，同样会发生倾斜。此时，它的运动特点便与普通陀螺有了巨大的不同：翻身陀螺受到扰动发生倾斜时，并没有固定的支持点0。此时，重力mg 与支持点O的关系发生了变化。此时摩擦力的作用一面使陀螺转速减小，一面使陀螺垂直纸面向外运动。然而重力mg和支持力N相对于支持点0的合力矩M的作用便发生了变化，力N它不再使陀螺发生进动，而是使陀螺发生翻滚，使支持点0偏离底部而向顶端移动。随着翻身陀螺的逐渐倾倒，重心与支持点0的距离越来越大，于是力矩M也随之增大，直到翻身陀螺反转90。，到如图a所示的水平状态。此时，M达到最大，而摩擦力，则保持之前的作用，从而支持点0继续向顶端靠拢。当支持点0到达了球状部分的边缘时，上述过程若仍然继续，支持点0便会突然跳到手柄的尖端，最后如图b所示，以手柄尖端为固定支持点O

倒立着转动，达到和普通陀螺类似的状态。而且，俯视观察时陀螺是顺时针旋转了。可以看出，摩擦力起了至关重要的作用，没有摩擦力就不可能实现翻转。

（2）能量分析：翻身后，陀螺的重心相对于翻身前上升了，即势能增加了，于是根据能量守恒，动能必定相应的减少。动能减少，意味着转速的减小，而转速的减小，是摩擦力产生的摩擦力矩作用的结果。可以看出，陀螺翻身的现象与摩擦力必然有着紧密的联系。而经过物理工作者严格的力学分析，最终得到了这样的结论：地面的摩擦力，却是陀螺翻身现象的根源。

讨论：通过以上的实验可以看出，如果在比较光滑的地面旋转陀螺，则它不会实现翻转，所以，翻身陀螺的根源是摩擦力的作用，是摩擦力导致了陀螺的翻身。但并不是说只与摩擦力有关，应该还与陀螺的形状有关，如果底面不是球形的，也是很难实现翻转的；而且，做实验时周围的环境和人的操作是否正确都是陀螺能否反转的因素。

总结：通过翻身陀螺的研究，可以知道，即使很简单的一个想象，其中也蕴含着丰富的物理原理。简单的结构变化，却会带来惊人的现象变化。因此，我们要多观察、多思考一些看是简单的现象，从中悟出物理的奥妙。在这次的课题研究过程中，我们小组的组员充分发挥了团队精神。我们在充实了自身的学业的同时，合作精神也得到了充分的实践。我认识到作为一个团队，只有同心协力才能成功。当然，物理的课题研究当然也丰富了我的物理知识，让我了解到了物理在生活中的重要性。这个课题将物理知识应用到生活之中，让我更加扎实的学到了相关的物理知识。我认为只有将学习融入生活，才能学的有趣，学得牢固.

参考文献：

[1刘延柱．翻身陀螺简史及其力学分析[J]．力学与实践，2007(29)：88—90．

[2]孙莉，马雪花．乐莫乐兮鞭陀螺——玩具中的力学．[J].践，2004(26)：91—92．

[3]路峻岭．物理演示实验教程[M]．北京：清华大学出版杜，2005．

[4]杨维绂．力学(第2版)[M]．合肥：中国科学技术大学出版社，2006．

[5]何焰蓝，杨俊才．大学物理实验[M]．北京：机械工业出版社，2009．

电子陀螺仪工作原理【详述】

电子陀螺仪工作原理 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 电子陀螺仪其实就是机械式陀螺仪的进化，机械式是利用真实的陀螺等机械制作的，而电子是利用芯片来实现陀螺仪的功能，其工作原理类似（电子只不过是模拟出来的而已）。 所有陀螺仪的工作原理是一样的：广泛应用于航海、航空和航天领域，种类很多，其中陀螺罗盘就是代替罗盘的装置。 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，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。 最基础的陀螺仪的结构：基础的陀螺仪是一种机械装置，其主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； 历史： 1850年法国的物理学家莱昂·傅科（J.Foucault）为了研究地球自转，首先发现高速转

动中的转子（rotor），由于惯性作用它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字gyro（旋转）和skopein（看）两字合为gyro scopei 一字来命名这种仪表。 陀螺仪是一种既古老而又很有生命力的仪器，从第一台真正实用的陀螺仪器问世以来已有大半个世纪，但直到现也，陀螺仪仍在吸引着人们对它进行研究，这是由于它本身具有的特性所决定的。陀螺仪最主要的基本特性是它的稳定性和进动性。人们从儿童玩的地陀螺中早就发现高速旋转的陀螺可以竖直不倒而保持与地面垂直，这就反映了陀螺的稳定性。研究陀螺仪运动特性的理论是绕定点运动刚体动力学的一个分支，它以物体的惯性为基础，研究旋转物体的动力学特性。 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.

陀螺仪传感器分类及原理

【悠牛仪器仪表网】陀螺仪传感器是一个简单易用的基于自由空间移动和手势的定位和控制系统。用来感测和维持方向的装置，它是航空、航海及太空导航系统中判断方位的主要依据，并且在汽车安全，航模，望远镜等领域广泛应用。 主要检测空间某些相位的倾角变化、位置变化，主要用于空间物理领域，特别在航空、航海方面有较多的用途，如：飞机上的陀螺仪，当飞机在做360°翻转的时候，陀螺仪将会保持原始的基准状态不变，从而让驾驶员找到本飞机在空间状态的相位变化，也就是：当时飞机处在什么相位。 陀螺仪传感器原理 一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。我们骑自行车其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒，因为车轴有一股保持水平的力量。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。 然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。陀螺仪传感器应用领域以及发展方向现代陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。 传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。1976年等提出了现代光纤陀螺仪的基本设想，到八十年代以后，现代光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展，与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。 由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，所以目前光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪，成为现代导航仪器中的关键部件。 和光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外，还有现代集成式的振动陀螺仪，集成式的振动陀螺仪具有更高的集成度，体积更小，也是现代陀螺仪的一个重要的发展方向。 陀螺仪传感器分类 根据框架的数目和支承的形式以及附件的性质决定陀螺仪的类型有： 二自由度陀螺仪(只有一个框架，使转子自转轴具有一个转动自由度)。 根据二自由度陀螺仪中所使用的反作用力矩的性质，可以把这种陀螺仪分成三种类型： 积分陀螺仪(它使用的反作用力矩是阻尼力矩);速率陀螺仪(它使用的反作力矩是弹性力矩); 无约束陀螺(它仅有惯性反作用力矩); 现在，除了机、电框架式陀螺仪以外，还出现了某些新型陀螺仪，如静电式自由转子陀螺仪，挠性陀螺仪，激光陀螺仪等。 三自由度陀螺仪(具有内、外两个框架，使转子自转轴具有两个转动自由度。在没有任何力矩装置时，它就是一个自由陀螺仪)。 直流电流传感器 https://www.wendangku.net/doc/4314159135.html,/subject/zhiliudianliuchuanganqi.html

摆式陀螺原理

第二章陀螺全站仪 §2.1 陀螺仪及其基本特性（龚建） 一、陀螺仪及其分类 陀螺仪 凡是绕定点高速旋转的物体，或绕自身轴高速旋转的任意刚体，都称为陀螺。如图2-1所示，设刚体上有一等效的方向支点O。以O为原点，作固定在刚体上的动坐标系O-XYZ。刚体绕此支点转动的角速度在动坐标轴上的分量分别为ωx、ωy、ωz，若能满足以下条件： ωz＞＞ωx ωz＞＞ωy ωz≈Const （2-1） OZ 为进动运动。 转的地球，而近代物理中广义的定义是：凡是能测量物体相对惯性空间作旋转的装置都叫陀

螺仪，如激光陀螺仪。 陀螺仪的自由度 陀螺仪基本上是一个匀质的转子，其质量大部分集中在轮缘，它能围绕其质量对称轴高速旋转。将转子安置在特殊的悬挂装置上，没有外力作用，使其具有两个或三个回转轴的整个装置，称为具有两个或三个自由度的陀螺仪。 自由陀螺仪的结构如图2-2所示。转子1支撑在内平衡环2上可绕其对称轴作高速度转动，这个轴称为陀螺仪的自转轴，即陀螺主轴，或称X轴。由于转子只能围绕本身轴旋转，因此它具有一个自由度。 转子支撑在内平衡环上，内平衡环又支撑在外平衡环3上，转子和内平衡环一起可绕陀螺仪的内环轴转动，这个轴一般称为Y轴。由于转子既绕本身轴旋转，又可绕内环轴旋转，因此他具有两个自由度。 转子支撑在内平衡环上，内平衡环又支撑在外平衡环上，外平衡环又支撑在底座上，转子和内平衡环、外平衡环一起绕陀螺仪的外环轴转动，这个轴一般称为Z轴。此时由于转子既可绕本身轴旋转，又可绕内、外环轴旋转，因此它具有三个自由度。一般把由内环和外环构成的支架称为万向支架。 如果把陀螺仪的重心与陀螺仪的中心相重合，这种陀螺仪称为三自由度平衡陀螺仪。如果把三自由度陀螺仪限制Y轴或Z轴其中一个自由度，这种陀螺仪称为二自由度陀螺仪。如果把陀螺仪的外环轴下移，偏离陀螺仪的中心，这种陀螺仪称为下悬式陀螺仪或摆式陀螺仪。 摆式陀螺仪如图2-3所示，即在陀螺仪轴上加上悬重G，则重心由陀螺仪中心O下移到

MEMS陀螺仪工作原理

陀螺仪是用来测量角速率的器件，在加速度功能基础上，可以进一步发展，构建陀螺仪。 陀螺仪的内部原理是这样的：对固定指施加电压，并交替改变电压，让一个质量块做振荡式来回运动，当旋转时，会产生科里奥利加速度，此时就可以对其进行测量；这有点类似于加速度计，解码方法大致相同，都会用到放大器。 角速率由科氏加速度测量结果决定 - 科氏加速度 = 2 × (w ×质量块速度) - w是施加的角速率(w = 2 πf) 通过14 kHz共振结构施加的速度（周期性运动）快速耦合到加速度计框架 - 科氏加速度与谐振器具有相同的频率和相位，因此可以抵消低速外部振动 该机械系统的结构与加速度计相似（微加工多晶硅） 信号调理（电压转换偏移）采用与加速度计类似的技术 施加变化的电压来回移动器件，此时器件只有水平运动没有垂直运动。如果施加旋转，可以看到器件会上下移动，外部指将感知该运动，从而就能拾取到与旋转相关的信号。

上面的动画，只是抽象展示了陀螺仪的工作原理，而真实的陀螺仪内部构造是下面这个样子。

PS：陀螺仪可以三个一起设计，分别对应于所谓滚动、俯仰和偏航。 任何了解航空器的人都知道，俯仰是指航空器的上下方向，偏航是指左右方向，滚动是指向左或向右翻滚。要正确控制任何类型的航空器或导弹，都需要知道这三个参数，这就会用到陀螺仪。它们还常常用于汽车导航，当汽车进入隧道而失去GPS信号时，这些器件会记录您的行踪。 无人机在飞行作业时，获取的无人机影像通常会携带配套的POS数据。从而在处理中可以更加方便的处理影像。而POS数据主要包括GPS数据和

IMU数据，即倾斜摄影测量中的外方位元素：（纬度、经度、高程、航向角（Phi）、俯仰角（Omega）及翻滚角（Kappa））。 GPS数据一般用X、Y、Z表示，代表了飞机在飞行中曝光点时刻的地理位置。 飞控是由主控MCU和惯性测量模块（IMU，Inertial Measurement Unit）组成。IMU提供飞行器在空间姿态的传感器原始数据，一般由陀螺仪传感器/加速度传感器/电子罗盘提供飞行器9DOF数据。 IMU中的传感器用来感知飞行器在空中的姿态和运动状态，这有个专有名词叫做运动感测追踪，英文Motion Tracking。运动感测技术主要有四种基础运动传感器，下面分别说明其进行运动感测追踪的原理。 微机电系统（MEMS） IMU中使用的传感器基本上都是微机电系统（MEMS），是半导体工业中非常重要的一个分支。 微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System）是一种先进的制造技术平台。微机电系统是微米大小的机械系统，是以半导体制造技术为基础发展起来的。 我们的四轴飞行器上用到的加速度陀螺仪MPU6050，电子罗盘 HMC5883L都是微机电系统，属于传感MEMS分支。传感MEMS技术是指用微电子微机械加工出来的、用敏感元件如电容、压电、压阻、热电耦、谐振、隧道电流等来感受转换电信号的器件和系统。 加速器（G-sensors） 加速器可用来感测线性加速度与倾斜角度，单一或多轴加速器可感应结合线性与重力加速度的幅度与方向。含加速器的产品，可提供有限的运动感测功能。 加速度计的低频特性好，可以测量低速的静态加速度。在我们的飞行器上，就是对重力加速度g（也就是前面说的静态加速度）的测量和分析，其它瞬间加速度可以忽略。记住这一点对姿态解算融合理解非常重要。 当我们把加速度计拿在手上随意转动时，我们看的是重力加速度在三个轴上的分量值。加速度计在自由落体时，其输出为0。为什么会这样呢？这里涉及到加速度计的设计原理：加速度计测量加速度是通过比力来测量，而不是通过加速度。

陀螺仪工作原理与应用

陀螺仪工作原理与应用（陀螺经纬仪Jyro Station） 来源：译自日本《测量》06年8月号作者：日本测量仪器工业会更新日期：2006-9-22 阅读次数：3235 为了求得测量的基准方位和日照时间的方位，必须使用磁针罗盘仪进行天体观测。然而，磁针罗盘仪的精度有限，在天体观测中还要受到确保通视、天气、场所和时间等观测条件的影响。为了解决这些问题，可采用利用了力学原理求得真北的陀螺经纬仪。陀螺经纬仪在隧道测量以及由于不能和已知点通视而无法确定方位、方向角的情况下都能发挥很大的作用。 （图1：陀螺工作站） 1、陀螺工作站的原理 高速旋转的物体的旋转轴，对于改变其方向的外力作用有趋向于铅直方向的倾向。而且，旋转物体在横向倾斜时，重力会向增加倾斜的方向作用，而轴则向垂直方向运动，就产生了摇头的

运动（岁差运动）。当陀螺经纬仪的陀螺旋转轴以水平轴旋转时，由于地球的旋转而受到铅直方向旋转力，陀螺的旋转体向水平面内的子午线方向产生岁差运动。当轴平行于子午线而静止 时可加以应用。 2、陀螺工作站的构造 （图4：陀螺经纬仪的构造 0点调整螺丝，吊线，照明灯，陀螺转子、指针、供电用馈线、反 射镜、陀螺马达、刻度线、目镜）。

陀螺经纬仪的陀螺装置由陀螺部分和电源部分组成。此陀螺装置与全站仪结合而成。陀螺本体在装置内用丝线吊起使旋转轴处于水平。当陀螺旋转时，由于地球的自转，旋转轴在水平面内以真北为中心产生缓慢的岁差运动。旋转轴的方向由装置外的目镜可以进行观测，陀螺指针的振动中心方向指向真北。利用陀螺经纬仪的真北测定方法有“追尾测定”和“时间测定”等。 追尾测定[反转法] 利用全站仪的水平微动螺丝对陀螺经纬仪显示岁差运动的刻度盘进行追尾。在震动方向反转的点上（此时运动停止）读取水平角。如此继续测定之，求得其平均震动的中心角。用此方法进行20分钟的观测可以求得+/-0。5分的真北方向。 时间测定[通过法] 用追尾测定观测真北方向后，陀螺经纬仪指向了真北方向，其指针由于岁差运动而左右摆动。用全站仪的水平微动螺丝对指针的摆动进行追尾，当指针通过0点时反复记录水平角，可以提高时间测定的精度，并以+/-20秒的精度求得真北方向。 （图2：摇头运动） （图3：向子午线的岁差运动）

陀螺仪基本原理

陀螺仪介绍2013-1-28

?陀螺仪发展及应用情况 ?MEMS陀螺仪基本原理 ?陀螺仪与加速度传感器、电子罗盘的 对比以及九轴概念 ?测试讨论 2013-1-28

?陀螺仪发展及应用情况 ?MEMS陀螺仪基本原理 ?陀螺仪与加速度传感器、电子罗盘的 对比以及九轴概念 ?测试讨论 2013-1-28

2013-1-28 1850年法国的物理学家莱昂·傅科（J.Foucault ）为了研究地球自转，首先发现高速转动中的转子 （rotor ），由于惯性作用它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字 gyro （旋转）和skopein （看）两字合为gyro scopei 一字来命名这种仪表。

?最初的陀螺仪主要用于航海，起稳定船体的作用，此时主要是二维陀螺仪； ?后在航空、航天领域开始广泛的应用。用于飞行体运动的自动控制系统中，作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器。指示 陀螺仪主要用于飞行状态的指示，作为驾驶和领航仪表使用。在这些应用中都是三维陀螺仪； ?另外，在军事领域，陀螺仪也发挥着重要作用，例如炮弹的旋转、导弹的惯性导航系统，以提高击中－杀伤比 ?最开始用于航海、航空、航天的陀螺仪都是机械式的，到了现代，主要可以分为压电陀螺仪、微机械陀螺仪、光纤陀螺仪、激 光陀螺仪，现代陀螺仪在结构上已不具备“陀螺”，只是在功能上 与传统的机械陀螺仪同样罢了 2013-1-28

2013-1-28 现在广泛使用的MEMS （微机械）陀螺可应用于航空、航天、航海、兵器、汽车、生物医学、环境监控等领域。并且MEMS 陀螺相比传统的陀螺有明显的优势： 1、体积小、重量轻，适合于对安装空间和重量要求苛刻的场合，例如弹载测量等； 2、低成本； 3、更高可靠性，内部无转动部件，全固

科氏力和陀螺力20170112

陀螺运动受力分析 Fig.1 简化成四个等质量块的陀螺模型，Ω是进动角速度，ω是转动角速度 将陀螺工作简化如下模型：用绕中心转动的均匀分布的四个质点D,E,G,H来近似质量圆盘（Fig.1），这种简化有助于从受力的角度理解陀螺运动。从线性动量和线性力的角度理解陀螺运动。考虑一个简化的陀螺Fig.1。沿轴A到质心c.m.转动，且质心围绕底座有进动，角动量沿Z轴正向。此外，质心的进动简化在水平面内，没有章动。初始情况下，GH是水平方向，EF是垂直方向。质点动力学分析分别从转动和进动两方面着手分析： 1.自转质量块由于进动产生的力 (先进动，再自转，自转速度v方向变化引起动量变化) 首先，考虑在一个进动微元内的质量块自转速度矢量变化。从Z轴向下看（Fig.2），v 代表D点的初始速度，v’代表经历进动微元后的速度。V代表质心进动的线速度。用dv表示由v到v’的变化（Fig.3）。由于刚性结构施加在质点D上的力使得单位时间内在dv方向动量发生变化，这里的刚性结构是由Fig.1中绿色和红色杆件构成。因此，质点D的对结构的反作用力与dv方向相反。在Fig.1中，这个反作用力施加在结构的D点上，方向沿-Y 轴方向。在进动微元变化的时间里，质点Ｄ的自转速率不变，只是方向发生变化，产生的合力记为F1（Fig.１），在D点作用在结构上产生一个径向向内的推力。F1对结构产生了一个力矩以抵消重力矩的作用。用类似方法(Fig.4-5)，可以做出质点E的受力分析，

但作用力F 2的方向与质点D 的方向相反。从数学上，F 1和F 2可由Fig.2-4中的相似三角形计算得出： Fig.2俯瞰质点D ，由于进动造成质点D 自转速度矢量方向变化 Fig.3 由于质点D 的进动，线速度随自转的变化 Fig.4 俯瞰质点E ，由于进动造成质点E 自转速度矢量方向变化 Fig.5 由于质点E 的进动，线速度随自转的变化 Fig.6 从侧面观察质点G ，由于进动方向与G 点自转方向垂直，G 点速度不变。 Vdt dv R v = （1） 整理后得， 1dv Vv a dt R == （2） 乘上质点D 的质量有 11D D Vv F m a m R == （3） 类似的有 22E E Vv F m a m R == （4）

陀螺仪的工作原理

陀螺仪的工作原理 陀螺仪的原理 一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。我们骑自行车其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒，因为车轴有一股保持水平的力量。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。 现代陀螺仪 一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。1976年等提出了现代光纤陀螺仪的基本设想，到八十年代以后，现代光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展，与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，所以目前光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪，成为现代导航仪器中的关键部件。和光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外，还有现代集成式的振动陀螺仪，集成式的振动陀螺仪具有更高的集成度，体积更小，也是现代陀螺仪的一个重要的发展方向。 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，这样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。 陀螺仪工作原理与应用（陀螺经纬仪Jyro Station） 来源：译自日本《测量》06年8月号作者：日本测量仪器工业会更新日期：2006-9-22 阅读次数：6183

一文读懂三轴陀螺仪工作原理和应用

一文读懂三轴陀螺仪工作原理和应用 Iphone 4手机采用了意法半导体的MEMS（微电机系统）陀螺仪芯片，芯片内部包含有一块微型磁性体，可以在手机进行旋转运动时产生的科里奥力作用下向X，Y，Z三个方向发生位移，利用这个原理便可以测出手机的运动方向。而芯片核心中的另外一部分则可以将有关的传感 一、三轴陀螺仪工作原理三轴陀螺仪：同时测定6个方向的位置，移动轨迹，加速。单轴的只能测量一个方向的量，也就是一个系统需要三个陀螺仪，而3轴的一个就能替代三个单轴的。3轴的体积小、重量轻、结构简单、可靠性好，是激光陀螺的发展趋势。 在最新款的iPhone 4手机中内置三轴陀螺仪，它可以与加速器和指南针一起工作，可以实现6轴方向感应，三轴陀螺仪更多的用途会体现在GPS和游戏效果上。一般来说，使用三轴陀螺仪后，导航软件就可以加入精准的速度显示，对于现有的GPS导航来说是个强大的冲击，同时游戏方面的重力感应特性更加强悍和直观，游戏效果将大大提升。这个功能可以让手机在进入隧道丢失GPS信号的时候，凭借陀螺仪感知的加速度方向和大小继续为用户导航。而三轴陀螺仪将会与iPhone原有的距离感应器、光线感应器、方向感应器结合起来让iPhone 4的人机交互功能达到了一个新的高度。 二、三轴陀螺仪的应用在工程上，陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。1976年美国Utah大学的Vali和Shorthill提出了现代光纤陀螺仪的基本设想，到八十年代以后，现代光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展，与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，所以目前光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪，成为现代导航仪器中的

结合角速度传感器(陀螺)与加速度计惯导原理

结合角速度传感器与加速度计测量车辆运动 当测试车辆时，人们常常需要测量车辆的动态运动以及车辆相对于道路的倾角。我们可以通过加速度计来获得车辆转弯、加速或者制动时产生的冲击力，但是，除非车辆在进行上述运动时保持水平，否侧测试结果是不准确的。比如，你想用加速度计测量车辆的制动力，但车辆是向前倾斜的，测量结果中就会有重力分量。 大多数倾斜传感器把重力方向当作参考方向。重力是一种加速度，并且不断变化（应该是随高度变化吧）。制动、加速和转弯时，车辆会产生加速度。然而当进行倾斜测量时，我们只需要得到重力加速度；当进行车辆动力测量时，却又只想得到运动加速度。 有运动加速度时，倾斜传感器将得到一个不准确的倾角。也就是说，在车辆倾斜时只通过加速度计将无法得到准确的倾角。 通过测量绕车辆重心的旋转，角速度传感器有助于纠正车俩向前倾斜带来的不利影响。不幸的是，角速度传感器有其自身的缺陷。它测量旋转速度，不是旋转角度，通过不断积分得到角度。当旋转速度的测量出现偏差，积分后所得的角度将会有很大的偏差。但是，你可以结合角速度值和加速度值，计算出车辆动态运动时的精确数据。角速度和加速度的缺点可以相互弥补。当拥有足够强的计算能力，我们就可以得到实时的加速度和角度的精确值。 要实现这一点，你需要测量沿三个轴的加速度和角速度。于是我们沿着车身安装了三轴加速度计，和与值对应的三轴角速度计。见图1。如果可能，传感器最好安装在车辆重心，尽量减少旋转加速度对测量带来的不利影响。 (原文件名:page 1.jpg) 引用图片 图1。车辆各轴上的传感器 我们可以用角速度传感器测量车辆绕给定轴的旋转。如果一直对角速度积分，将会得到角度关于时间的函数。例如，您可以使用角速度传感器来跟踪车辆沿着X和Y轴的旋转，然后对传感器信号积分，计算出车辆俯仰角和翻滚角。这是一个关于时间的函数。根据这个计算得到的俯仰角和翻滚角，从加速度传感器信号中减去由于倾斜带来的重力分量，最终得到运动加速度。 要得到可靠的俯仰角和翻滚角，你必须对角速度信号积分。结果是，角速度信号的偏差，会造成角度的偏差，并且随时间线性增加。此外，角速度传感器的随机噪声会导致计算角度的随机波动，这种波动使得角度以与时间的平方根成正比的速度漂移，even in the absence of rate bias error.这些影响将限制昂贵的角速度传感器在超过几分钟测量时的应用。 幸运的是，我们可以利用角速度传感器短时测量准确的优势和加速度计长时稳定的特点，两者结合，得到即能短时稳定又能长时稳定的倾角。用角速度传感器测量短时内角度变化，把加速度传感器当做倾角传感器测量倾角，并在一个长时间范围内，迫使角速度传感器得到的倾角慢慢匹配加速度传感器得到的倾角。 要执行这些操作，需要有传感器，以及数据采集和处理设备。我们使用一个三轴加速度计和（三个）3轴角速度计。不管沿哪个方向，你都需要以能测量车辆完整运动的目的来安装这些传感器。还可以添加一个温度传感器，用其采集的数据补偿温度对加速度计和角速度计输出的影响。然后将传感器信号数字化，并输入计算机或存储器。 可以使用电脑对得到的数据进行计算。但是，如果想看到实时的计算结果，那得需要一台数字信号处理器（DSP），作为信号采集设备之一。然后，将计算得到的角度数据、已修正的加速度和角速度信息用数据线传送到电脑。如果发送的是二进制数据包，工作在38.4K波特率的串行RS-232数据线应该满足超过200Hz的传输速率。这大大快于角速度传感器的带宽。 尽量把传感器安装在靠近车辆运动中心的地方。否侧旋转产生的离心力将会被加速度计测量。请注意，我们使用加速度计只是测量车辆重心的线性加速度，所以要尽量减少旋转运动对加速度测量的耦合。

微机械陀螺仪的工作原理及其应用

本文详细介绍了意法半导体公司的电容式微机械陀螺仪的基本工作原理，其采用对称双质量块结构，驱动质量块由静电力驱动产生可控的运动速度，而检测质量块则由哥氏力推动运动。振荡驱动电路采用了双闭环的控制结构，有效地减小了温度或其它缺陷对振幅的影响，显著提高了陀螺仪的分辨率和稳定性。最后，以单轴偏航陀螺仪LY530AL为例，详细介绍其关键参数及其应用，并配合三轴加速度传感器LIS3LV02DL，实现了新型无线遥控器和鼠标，验证了LY530AL的性能参数。 微机械陀螺仪 陀螺仪又称角速度计可以用来检测旋转的角速度和角度。正如我们所熟知，传统的机械式陀螺、精密光纤陀螺和激光陀螺等已经在航空、航天或其它军事领域得到了广泛地应用。然而，这些陀螺仪由于成本太高和体积太大而不适合应用于消费电子中。微机械陀螺仪由于内部无需集成旋转部件，而是通过一个由硅制成的振动的微机械部件来检测角速度，因此微机械陀螺仪非常容易小型化和批量生产，具有成本低和体积小等特点。近年来，微机械陀螺仪在很多应用中受到密切地关注，例如，陀螺仪配合微机械加速度传感器用于惯性导航、在数码相机中用于稳定图像、用于电脑的无线惯性鼠标等等[1]。 微机械工艺的发展和成熟，使得微机械陀螺仪在消费电子中的广泛应用成为可能，并且已有相应的产品面世，如罗技的空中鼠标。这些都使业界相信微机械陀螺仪很快就会成为继微机械加速计之后用于动作感测的另一重要元件。鉴于此，意法半导体公司基于其先进的Thelma工艺先后开发并量产了超小型单轴偏航陀螺仪LISY300AL和LY530AL。LY530AL具有两种接口：模拟和数字接口，提高了设计的灵活性，简化了设计难度，可测角速率达到±300度/秒。本文以LY530AL为例讨论意法半导体微机械陀螺仪的工作原理及其应用。

陀螺仪的工作原理

陀螺仪的工作原理 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，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。我们骑自行车其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒，因为车轴有一股保持水平的力量。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。 现代陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。1976年等提出了现代光纤陀螺仪的基本设想，到八十年代以后，现代光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展，与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，所以目前光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪，成为现代导航仪器中的关键部件。和光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外，还有现代集成式的振动陀螺仪，集成式的振动陀螺仪具有更高的集成度，体积更小，也是现代陀螺仪的一个重要的发展方向。 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，这样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。

陀螺仪(gyroscope)原理

内容 MID中的传感器 1 加速计 2 陀螺仪 3 地磁传感器 4

MID中的传感器——已商用的传感器 ◆触摸屏 ◆摄像头 ◆麦克风（ST：MEMS microphones……） ◆光线传感器 ◆温度传感器 ◆近距离传感器 ◆压力传感器（ALPS：MEMS气压传感器……） ◆陀螺仪（MEMS） ◆加速度传感器（MEMS） ◆地磁传感器（MEMS）

集成电路（Integrated Circuit，IC） 把电子元件/电路/电路系统集成到硅片（或其它半导体材料）上。 微机械（Micro-Mechanics） 把机械元件/机械结构集成到硅片（或其它半导体材料）上。 微机电系统（Micro Electro Mechanical Systems，MEMS）MEMS = 集成电路+ 微机械

陀螺仪（Gyroscope） ?测量角速度 ?可用于相机防抖、视频游戏动作感应、汽车电子稳定控制系统（防滑）加速度传感器（Accelerometer） ?测量线加速度 ?可用于运动检测、振动检测、撞击检测、倾斜和倾角检测 地磁传感器（Geomagnetic sensor） ?测量磁场强度 ?可用于电子罗盘、GPS导航

陀螺仪+加速计+地磁传感器 ?电子稳像(EIS: Electronic Image Stabilization)?光学稳像(OIS: Optical Image Stabilization)?“零触控”手势用户接口 ?行人导航器 ?运动感测游戏 ?现实增强

1、陀螺仪（角速度传感器）厂商： 欧美：ADI、ST、VTI、Invensense、sensordynamics、sensonor 日本：EPSON、Panasonic、MuRata、konix 、Fujitsu、konix、SSS 国产：深迪 2、加速度传感器（G-sensor）厂商： 欧美：ADI、Freescale、ST、VTI、Invensense、Sensordynamics、Silicon Designs 日本：konix、Bosch、MSI、Panasonic、北陆电气 国产：MEMSIC（总部在美国） 3、地磁传感器（电子罗盘）厂商： 欧美：ADI、Honeywell 日本：aichi、alps、AsahiKASEI、Yamaha 国产：MEMSIC（总部在美国）

三轴陀螺仪的原理和应用.

三轴陀螺仪的原理和应用 三轴陀螺仪就是可以在同一时间内测量六个不同方向的加速、移动轨迹以及位置的测量装置。单轴的话,就只可以测定一个方向的量,那么一个三轴陀螺就可以代替三个单轴陀螺。它现在已经成为激光陀螺的发展趋向,具有可靠性很好、结构简单不复杂、重量很轻和体积很小等等特点。 很多加速度传感器和角速传感器只是很纯粹的传感器,不一定都是陀螺仪。导弹、轮船以及飞机里都安装有指示仪,定向指示仪是它们的核心部分。它是被安装在可以自由转动方向的框架比较小的飞轮中的,此装置里,由于轴承的摩擦力矩相对来说比较小,因此可以忽略掉。它的刚体结构是属于高度对称的,因此它的质心主要是在连杆中心的位置。如果飞轮绕着自己的对称轴作高速的转动的时候,框架的方向无论发生什么变化,它的中心轴空间的取向是不会发生任何变化的,这个特点是定向指示仪很重要的特征之一。 当给一架飞机安装三轴陀螺仪,同时让它的三个小飞轮的自转轴互相保持垂直的状态,那么根据飞轮轴相对机身的指定方向,驾驶员就可以确定好海伦的航行方向了。其实火箭以及鱼雷之中也安装了定向指示仪的,它有自动导航的功能。鱼雷前进的时候,定向指示仪轴线所指方向是不会发生变化的,当鱼雷受到风浪影响而导致前进的方向发生变化的时候,定向指示仪和鱼雷的纵轴之间就会出现一些偏差,这个时候可以通过启动有关器械来使舵的角度得到一定的改变,这样就可以让鱼雷保持原来的方向继续前进。而在火箭中,是通过使 喷气的方向得到一定的改变来改变飞行的方向。 陀螺仪可以比较准确地测量出运动物体的位置和方向,作为一种惯性的导航仪器,它广泛应用在国防、航天、航海以及航空领域中。它的发展对现代有很重要的意义,例如:高新科技、国防以及国家的工业等等。机械式的陀螺其实是传统的惯性陀螺,它的结构很复杂,因此它对工艺上的结构要求是非常严格的,很多因素都会影响它的测量精度。现代陀螺仪的发展已经越来越快了,技术也越来越成熟,已经成功进入到全新的阶段中。发展最快的当属光纤陀螺仪,它的工作很可靠、灵敏度很高以

陀螺仪原理

英文名称：gyroscope 定义：利用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置。利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。 简介 绕一个支点高速转动的刚体称为陀螺(top)。通常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，其几何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。 在一定的初始条件和一定的外在力矩作用下，陀螺会在不停自转的同时，还绕着另一个固定的转轴不停地旋转，这就是陀螺的旋进(precession)，又称为回转效应(gyroscopic effect)。陀螺旋进是日常生活中常见的现象，许多人小时候都玩过的陀螺就是一例。 陀螺仪 人们利用陀螺的力学性质所制成的各种功能的陀螺装置称为陀螺仪(gyroscope)，它在科学、技术、军事等各个领域有着广泛的应用。比如：回转罗盘、定向指示仪、炮弹的翻转、陀螺的章动、地球在太阳（月球）引力矩作用下的旋进（岁差）等。 陀螺仪的种类很多，按用途来分，它可以分为传感陀螺仪和指示陀螺仪。传感陀螺仪用于飞行体运动的自动控制系统中，作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器。指示陀螺仪主要用于飞行状态的指示，作为驾驶和领航仪表使用。 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，可以和加速度计，磁阻芯片，GPS，做成惯性导航控制系统。 结构 基本上陀螺仪是一种机械装置，其主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；在通过转子中心轴XX1上加一内环架，那么陀螺仪就可环绕飞机两轴作自由运动；然后，在内环架外加上一外环架；这个陀螺仪有两个平衡环，可以环绕飞机三轴作自由运动，就是一个完整的太空陀螺仪(space gyro)。 历史 早于874年，中国陕西省法门寺供奉佛指舍利的贡品中，曾出现过用陀螺仪制作的香囊1850年法国的物理学家莱昂·傅科（J.Foucault）为了研究地球自转，首先发现高速转动中的转子（rotor），由于惯性作用它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字gyro（旋转）和skopein（看）两字合为gyro scopei 一字来命名这种仪表。 陀螺仪是一种既古老而又很有生命力的仪器，从第一台真正实用的陀螺仪器问世以来已有大半个世纪，但直到现在，陀螺仪仍在吸引着人们对它进行研究，这是由于它本身具有的特性所决定的。陀螺仪最主要的基本特性是它的稳定性和进动性。人们从儿童玩的地陀螺中早就发现高速旋转的陀螺可以竖直不倒而保持与地面垂直，这就反映了陀螺的稳定性。研究陀螺仪运动特性的理论是绕定点运动刚体动力学的一个分支，它以物体的惯性为基础，研究旋转物体的动力学特性。

陀螺进动理论

陀螺进动理论及其局限性 什么是陀螺？广义上说，只要能绕某轴转动，而此轴又可绕另一汇交轴转动的刚体就可叫作陀螺。但工程上常将具有固定点的，高速自转的对称刚体称为陀螺。就像我们平时玩的玩具陀螺，由于高速自转，就有可能对对称刚体的定点运动作近似研究。 设对称刚体在对称轴z （陀螺主轴）上具有固定点O ，刚体有3个自由度；陀螺绕主轴的转动惯量为J 。如果陀螺的自转角度大大的大于主轴在空间的转动角速度，就可用陀螺的自转动量矩 H J k =Ω 近似代替陀螺对点O 的全部动量矩。这里Ω是陀螺的自转角速度，由陀螺马达维持为常量（转速通常为6000rpm 到10000rpm ），因此，陀螺自转动量矩H 的大小为常量，方向与主轴一致 这时对点O 的动量矩可近似写成： 0dH M dt = H 对时间的导数的物理意义是H 端点的速度V H ，因而有V H ＝0 M 即陀螺自转动量矩H 端点的速度等于陀螺所受的外力矩。由该式可推出陀螺的三个力学特性： 1．定轴性 如果陀螺不受任何外力矩，则其主轴在惯性空间保持方向不变 2．进动性 如果陀螺受到外力矩的作用，则主轴的运动并不是在外力矩的作用平面内发生，而是在垂直于该平面发生。这种特殊运动称为陀螺的进动性，如图1所示，力F 作用于陀螺主轴，对点O 产生力矩为Mo ，H 端点有速度V H ＝0 M ，于是主轴绕y 轴转动，即垂直于力F 与支点O 形成的铅垂平面运动。进动角速度V M H H H ω== 图1 3．陀螺效应 如果强制陀螺以角速度W 进动，则陀螺必给施力者一个反力

偶，其力矩为Mr ， 有： Mr ＝－Mo Mr ＝H ×ω 这个力矩与一般刚体的反作用力矩也不相同，称为陀螺力矩；与陀螺力矩有关的现象称为陀螺效应 这些结论统称为陀螺的进动理论，它是高速自转下的近似理论，只适用于三自由度陀螺。 陀螺进动理论是有其局限性的，是近似的，其本质是忽略了陀螺的惯性，一般的静止物体受力时，物体有加速度，但不能立刻获得速度，必须经过一段时间后才能获得速度，这说明物体有惯性。而陀螺进动理论指出，只要有力矩M 作用，陀螺主轴立即以角速度ω进动，这显然忽略了陀螺的惯性。 这就导致了进动理论对某些必须考虑陀螺惯性的问题失效，例如：涉及稳定性的问题。 图2 如图2所示，以直立陀螺为例，其重心位于支点的上方，A 为对n 轴的转动惯量。依照进动理论，在重力矩作用下，H 端点的速度恒垂直于陀螺主轴z 与铅垂轴n 构成的平面，因此，不管自转角速度如何，陀螺主轴均作圆锥运动而不倒，这显然与实际不符。实际上陀螺主轴在作进动的同时还叠加有高频微幅的圆锥状抖动，称为陀螺的章动。如果这个章动是随时间发散的，则陀螺在铅直位置的直立状态就不可能稳定。若要考虑陀螺的章动，就必须考虑其惯性，也就必须转向精确的动力学方程。当直立 陀螺的主轴在铅直线附近作圆锥运动时，有 22sin ()sin cos sin sin [()cos ]0J J A Pa J J A Pa ψ?θψθθθθψ?ψθ+-=-+--= 当0θ≠时，有 2()cos 0J J A Pa ψ? ψθ+--= （1） 引入变量 cos ? ψθΩ=+ 它的意义是陀螺角速度在主轴上的投影，且有L C z =Ω。由于重力矩Mo 恒

陀螺仪原理

1）自由陀螺仪主轴不能指北的原因地球自转角速度的垂直分量w2使自由陀螺仪主轴相对子午面的视运动。 2）变自由陀螺仪为陀螺罗经的方法:控制力矩(controlling moment)（用My表示）：为了克服由于地球自转角速度的垂直分量w2使自由陀螺仪主轴相对子午面的视运动，向陀螺仪施加的外力矩；控制力矩必须作用于陀螺仪的水平轴。 3）陀螺罗经获得控制力矩的方式按力矩的产生原理不同：直接产生法和间接产生法；按力矩的性质不同：重力控制力矩和电磁控制力矩；按力矩的产生方式不同：三大系列罗经的三种主要方式。 （1）安许茨系列罗经获得控制力矩的方式:将陀螺球重心下移的直接控制法获得控制力矩。 控制设备(controlling device)：陀螺罗经产生控制力矩的设备（器件）。 陀螺球(gyrosphere)：安许茨系列罗经是将双转子陀螺仪固定和密封在金属球内。 陀螺球具有主轴（ox轴）、水平轴（oy轴）和垂直轴（oz轴）。陀螺球的重心G不在其中心O，而是沿垂直轴下移几毫米。

t = t1时，陀螺球位于A1处，此时主轴水平指东，q = 0，重力mg作用线通过陀螺仪中心O，重力mg不产生力矩（虽有力但力臂为零）。t = t2时，随着地球自转，当，陀螺球位于A2处，此时主轴上升了一个q角（q ≠ 0），重力mg作用线不通过陀螺球中心O（有力臂a），重力mg的分力mgsinq 产生沿水平轴oy向的重力控制力矩My：My = mgsinq ?a ≈ mg a ?q = M?q M = mga 最大控制力矩.控制力矩的大小与罗经结构参数和主轴高度角q 有关.控制力矩My使主轴产生进动速度u2，它使主轴正端自动找北（向子午面进动）。 根据赖柴尔定理：动量矩H矢端的线速度矢量u与外力矩矢量M大小相等方向相同： u = M 陀螺罗经控制力矩My使罗经主轴产生的进动速度： u2= My = M?q 安许茨系列罗经称为下重式陀螺罗经，控制力矩为重力力矩，属于机械摆式罗经。

陀螺仪的应用及原理

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提交日期 2010/5/26
陀螺仪的原理及其应用
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(常州工学院机械设计及其自动化系，江苏，常州，212300) 摘要 综述了陀螺仪对现代国防和科技的重要作用。主要阐述了陀螺仪的发展现状 和未来前景。说明了陀螺仪的各项基本特征、应用原理。也说明了现代陀螺仪的应用 范围及其功能分类。 关键词 基本特征 应用原理 功能分类 Abstract Reviews of national defence and science and technology gyroscope. Mainly expounds the development situation and future gyroscope. The gyroscope illustrates the basic characteristics, application principle. Also explains the application of modern gyroscope and functions. Keywords The basic principle characteristics application functions
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引言
陀螺仪可算是非常复杂的物体，精度要求也相当高。因为它们以独特的方式运动，甚至 像在抵抗重力。 正是这些特殊属性使其在各个方面 （包括自行车和宇宙飞船上的先进导航系 统）都有极为重要的用途。一般的飞机要用约 10 多个陀螺仪，遍布在罗盘和自动驾驶仪等 各个地方。俄罗斯米尔空间站曾使用 11 个陀螺仪保持其方向对准太阳。哈勃太空望远镜也 安装了大量导航陀螺仪。同样，陀螺效应对溜溜球和飞盘等玩具也至关重要。
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陀螺仪的原理特性
1.1 陀螺仪的特性 1 进 动 性 陀螺能在细线或手指上保持平衡； 能以非常奇妙的方式抵制自转轴运动； 但最有趣的陀 螺效应还数进动。这是陀螺仪抵抗重力的表现。 根据这一原理，回转的自行车轮能够像下 图所那样选在空中：
陀螺仪“抵抗重力”的能力
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