陀螺儀的應(yīng)用和總結(jié)。陀螺儀陀螺儀是一種既古老而又很有生命力的儀器,從頭一臺真正實用的陀螺儀器問世以來已有大半個世紀(jì),但直到現(xiàn)也,陀螺儀仍在吸引著人們對它進行研究,這是由于它本身具有的特性所決定的。陀螺儀較主要的基本特性是它的穩(wěn)定性和進動性。人們從兒童玩的地陀螺中早就發(fā)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)的陀螺可以豎直不倒而保持與地面垂直,這就反映了陀螺的穩(wěn)定性。研究陀螺儀運動特性的理論是繞定點運動剛體動力學(xué)的一個分支,它以物體的慣性為基礎(chǔ),研究旋轉(zhuǎn)物體的動力學(xué)特性。陀螺儀可以用于無人機的姿態(tài)控制和導(dǎo)航,提供準(zhǔn)確的飛行數(shù)據(jù)。廣西航姿儀定制

主要工作原理:角動量守恒定律,角動量守恒定律是指系統(tǒng)所受合外力矩為零時系統(tǒng)的角動量保持不變。角動量的定義:物體矢徑和其動量的叉積:(1)矢量的計算:叉積和點積,假設(shè)a、b為兩個矢量,之間的夾角為θ,則點積:a · b = abcosθ(標(biāo)量),叉積:a x b = absinθ(矢量,方向由右手螺旋定則決定,四指由a彎向b,大拇指方向即為叉積方向)。(2)角動量計算:物體矢徑和動量的叉積,r為矢徑,數(shù)值為物體到旋轉(zhuǎn)中心的距離,方向為旋轉(zhuǎn)中心指向物體的方向矢量;p為動量,數(shù)值為物體質(zhì)量與線速度的乘積p=mv,方向為線速度v的方向;以該圖的方向為例,依據(jù)角動量公式,可以得到角動量L的方向為豎直向上。(3)陀螺的角動量守恒,假設(shè)一個陀螺不受空氣阻力(合外力力矩=0),陀螺與地面的接觸面無限?。ㄊ笍?0),則角動量的合力矩為0,即角動量守恒。湖南航姿儀行價激光陀螺儀因其高精度和長期穩(wěn)定性,在導(dǎo)航系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及科研實驗中得到普遍應(yīng)用。

陀螺儀的基本構(gòu)成(以機械式陀螺儀為例):(1)轉(zhuǎn)子:常使用電機(比如同步電機、磁滯電機、三相交流電機等)驅(qū)動陀螺轉(zhuǎn)子繞其自轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn),并使其轉(zhuǎn)速近似保持為常值;(2)自轉(zhuǎn)軸;(3)萬向坐標(biāo)系(內(nèi)、外環(huán)):使陀螺自轉(zhuǎn)軸獲得所需角轉(zhuǎn)動自由度;(4)力矩馬達、信號傳感器等。使用陀螺儀/利用陀螺儀原理的產(chǎn)品/設(shè)備,慣性導(dǎo)航儀、體感設(shè)備(Joycon/wii等)、智能手機、穿戴設(shè)備(智能手表/手環(huán))、飛行器/無人機、電子攝影設(shè)備、穩(wěn)定器、AR/VR、機器人、游戲控制器/游戲手柄、自行車(輪子轉(zhuǎn)的越快越不容易倒)。
陀螺儀器較早是用于航海導(dǎo)航,但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,它在航空和航天事業(yè)中也得到普遍的應(yīng)用。陀螺儀器不只可以作為指示儀表,而更重要的是它可以作為自動控制系統(tǒng)中的一個敏感元件,即可作為信號傳感器。根據(jù)需要,陀螺儀器能提供準(zhǔn)確的方位、水平、位置、速度和加速度等信號,以便駕駛員或用自動導(dǎo)航儀來控制飛機、艦船或航天飛機等航行體按一定的航線飛行,而在導(dǎo)彈、衛(wèi)星運載器或空間探測火箭等航行體的制導(dǎo)中,則直接利用這些信號完成航行體的姿態(tài)控制和軌道控制。作為穩(wěn)定器,陀螺儀器能使列車在單軌上行駛,能減小船舶在風(fēng)浪中的搖擺,能使安裝在飛機或衛(wèi)星上的照相機相對地面穩(wěn)定等等。作為精密測試儀器,陀螺儀器能夠為地面設(shè)施、礦山隧道、地下鐵路、石油鉆探以及導(dǎo)彈發(fā)射井等提供準(zhǔn)確的方位基準(zhǔn)。由此可見,陀螺儀器的應(yīng)用范圍是相當(dāng)普遍的,它在現(xiàn)代化的國家防護建設(shè)和國民經(jīng)濟建設(shè)中均占重要的地位。分類上,陀螺儀可以分為機械陀螺儀和光學(xué)陀螺儀兩種。

光纖陀螺儀,從20世紀(jì)60年代開始,美國海軍研究辦公室希望發(fā)展一種比氦-氖環(huán)形激光陀螺儀的成本更低、制造流程更簡單、精度更高的光纖角速度傳感器,也就是俗稱的光纖陀螺。目前,較為常見的光纖陀螺儀是相敏光纖陀螺儀,通過測量在一個光纖線圈中的兩束反向傳播光束的相移以敏感載體轉(zhuǎn)動,從而計算出其角速率。因此,光纖陀螺儀的精度主要取決于其采用的光纖種類和光電檢測系統(tǒng),偏值一般處于0.001度/時-0.0002度/時之間?,F(xiàn)在,光纖陀螺儀已經(jīng)被普遍應(yīng)用于魚雷、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、潛艇和航天器等。激光式陀螺儀采用激光束在Sagnac效應(yīng)中的干涉現(xiàn)象,實現(xiàn)高精度角速度測量。頂管導(dǎo)向慣性導(dǎo)航系統(tǒng)安裝
激光陀螺儀則利用光的干涉效應(yīng)測量角速度,具有高精度和長期穩(wěn)定性,在慣性導(dǎo)航和高精度測量中應(yīng)用普遍。廣西航姿儀定制
1950s,美國查爾斯·史塔克·德雷伯實驗室,采用液浮支撐技術(shù),研制出液浮陀螺儀,使陀螺儀的精度達到了慣性級要求。1960s,美國羅伯特·克雷格,研制出動力調(diào)諧陀螺儀,在戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈和特種飛機等平臺成功應(yīng)用1963,美國研制出激光陀螺儀,隨后將其應(yīng)用到飛機與戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈1964,美國研制出靜電陀螺儀,并于1979年將其應(yīng)用于“三叉戟”彈道導(dǎo)彈核潛艇,使得潛艇導(dǎo)航能力實現(xiàn)質(zhì)的飛躍1990s,以微機電陀螺儀(MEMS)、半球諧振陀螺儀(RG)為表示的振動陀螺儀,以及以核磁共振陀螺儀(NMRG)、原子干涉陀螺儀(AIG)為表示的原子陀螺儀快速發(fā)展。廣西航姿儀定制
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2026-01-09