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科普知識(shí)
數(shù)據(jù)分類:
測(cè)距傳感器

陀螺儀的定義、工作原理和分類

發(fā)布日期:2022-04-18 點(diǎn)擊率:77

    陀螺就是圍繞著某個(gè)固定的支點(diǎn)而快速轉(zhuǎn)動(dòng)起來的剛體,平時(shí)所說的陀螺其實(shí)專指呈對(duì)稱性的陀螺,它的質(zhì)量是均勻分布的,形狀是以軸為對(duì)稱的,自轉(zhuǎn)軸就是它的對(duì)稱軸。在一定力矩的作用下,陀螺會(huì)一直在自轉(zhuǎn),而且還會(huì)圍繞著一個(gè)不變的軸一直在旋轉(zhuǎn),稱作陀螺的旋進(jìn)或者是回轉(zhuǎn)效應(yīng)。這是在平時(shí)的生活中普遍存在的現(xiàn)象,例如很多孩子小時(shí)候玩的陀螺。隨著科技的進(jìn)步,人類就根據(jù)陀螺的力學(xué)的有關(guān)性質(zhì)制造成具有很多種功能的陀螺儀。它就是根據(jù)以高速回轉(zhuǎn)的物體,它的動(dòng)量矩敏感的殼體在相對(duì)慣性的空間中,圍繞與自轉(zhuǎn)軸正交的一到兩個(gè)軸的角運(yùn)動(dòng)測(cè)量精密裝置。它的應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛,在軍事、技術(shù)和科學(xué)的研究和應(yīng)用中都少不了它。例如:陀螺的章動(dòng)、炮彈的翻轉(zhuǎn)、定向指示儀以及回轉(zhuǎn)羅盤等等。
    按照它的用途來分,陀螺儀可被分為指示陀螺儀和傳感陀螺儀。前者一般應(yīng)用在飛行狀態(tài)的指示中,當(dāng)作領(lǐng)航和駕駛儀表來用;后者一般應(yīng)用在飛行的物體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的自動(dòng)控制的系統(tǒng)之中。
    陀螺儀屬于機(jī)械儀器,它的重要組成是一個(gè)以很高的角速度圍繞著旋轉(zhuǎn)軸快速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子,而這個(gè)轉(zhuǎn)子是被安裝在一只架里面的。再在轉(zhuǎn)子的中心軸上面加一個(gè)內(nèi)環(huán)架,具有這樣的裝置的話,它就能夠圍繞著飛機(jī)的兩軸來做自由的運(yùn)動(dòng)。如果再在內(nèi)環(huán)架的外邊添加一個(gè)外環(huán)架的話,它就可以擁有兩個(gè)平衡環(huán),這個(gè)時(shí)候,它能夠圍繞著飛機(jī)的三軸做自由的運(yùn)動(dòng)了,這樣的裝置已經(jīng)是一個(gè)很完整的太空陀螺。
    陀螺儀的工作原理是:當(dāng)一個(gè)正在旋轉(zhuǎn)的物體,它的旋轉(zhuǎn)軸正在指著的方向沒有受到外力的影響的時(shí)候,它是不會(huì)有任何改變的。而就是以這個(gè)原理作為依據(jù),用它來保持一定的方向的。它也是根據(jù)這個(gè)原理而制造出來的。在正常工作的時(shí)候,為了讓它可以高速旋轉(zhuǎn),需要給它一個(gè)外力,這個(gè)速度一般可以達(dá)到每一分鐘可以有幾十萬轉(zhuǎn),因此,它可以持續(xù)工作的時(shí)間還是比較長(zhǎng)的,接著使用不同的方法來記錄下旋轉(zhuǎn)軸指示的方向,同時(shí)自動(dòng)地把數(shù)據(jù)信號(hào)送到控制系統(tǒng)中。
    目前,一般把陀螺儀分為激光陀螺、光纖陀螺、微機(jī)械陀螺和壓電陀螺,這些都是屬于電子式的,可跟GPS、磁阻芯片以及加速度計(jì)一起制造成為慣性導(dǎo)航控制系統(tǒng)。
    其實(shí)陀螺儀既古老又富有生命力,人們對(duì)它的使用已經(jīng)超過半個(gè)世紀(jì),但是經(jīng)過這么多年,很多研究者對(duì)它的研究還是非常感興趣的,為什么呢?就是因?yàn)樗旧砭陀泻芏嗟奶貏e之處。它的兩個(gè)基本特性是其進(jìn)動(dòng)性和穩(wěn)定性。大家小時(shí)候玩陀螺的時(shí)候就知道它以高速旋轉(zhuǎn)時(shí),可以豎直起來并且不會(huì)倒地一直與地面保持著垂直的狀態(tài),這個(gè)就說明它的穩(wěn)定性。

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