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陀螺儀到底有什么用呢?一、虛擬現(xiàn)實(shí)與游戲,隨著虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和游戲產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,陀螺儀也找到了新的用武之地。在VR設(shè)備中,陀螺儀能夠?qū)崟r(shí)感知用戶的頭部運(yùn)動(dòng),從而為用戶提供沉浸式的體驗(yàn)。在游戲手柄和智能手機(jī)等設(shè)備中,陀螺儀則用于實(shí)現(xiàn)更加豐富的游戲交互方式,如重力感應(yīng)、旋轉(zhuǎn)控制等。二、科學(xué)研究,陀螺儀在科學(xué)研究領(lǐng)域同樣具有重要地位。在地球物理學(xué)中,陀螺儀被用于研究地球自轉(zhuǎn)和重力場(chǎng)的變化。在航天領(lǐng)域,陀螺儀則用于測(cè)量航天器的姿態(tài)和角速度,為航天任務(wù)的順利實(shí)施提供重要保障。陀螺儀利用陀螺效應(yīng),即旋轉(zhuǎn)物體的角動(dòng)量會(huì)保持不變,來測(cè)量物體的旋轉(zhuǎn)。盾構(gòu)導(dǎo)向航姿儀供應(yīng)
陀螺儀是什么:繞一個(gè)支點(diǎn)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的剛體稱為陀螺(top)。通常所說的陀螺是特指對(duì)稱陀螺,它是一個(gè)質(zhì)量均勻分布的、具有軸對(duì)稱形狀的剛體,其幾何對(duì)稱軸就是它的自轉(zhuǎn)軸。 由蒼蠅后翅(退化為平衡棒)仿生得來。陀螺儀的原理:在一定的初始條件和一定的外在力矩作用下,陀螺會(huì)在不停自轉(zhuǎn)的同時(shí),還繞著另一個(gè)固定的轉(zhuǎn)軸不停地旋轉(zhuǎn),這就是陀螺的旋進(jìn)(precession),又稱為回轉(zhuǎn)效應(yīng)(gyroscopic effect)。陀螺旋進(jìn)是日常生活中常見的現(xiàn)象,許多人小時(shí)候都玩過的陀螺就是一例。頂管導(dǎo)向慣導(dǎo)定制船舶導(dǎo)航系統(tǒng)中,陀螺儀可提供精確的方向信息,幫助船舶避開暗礁和淺灘。
我們以一個(gè)單軸偏航陀螺儀為例,探討較簡(jiǎn)單的工作原理(圖1)。兩個(gè)正在運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)向相反方向做連續(xù)運(yùn)動(dòng),如藍(lán)色箭頭所示。只要從外部施加一個(gè)角速率,就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向垂直的科里奧利力,如圖中黃色箭頭所示。產(chǎn)生的科里奧利力使感應(yīng)質(zhì)點(diǎn)發(fā)生位移,位移大小與所施加的角速率大小成正比。因?yàn)閭鞲衅鞲袘?yīng)部分的運(yùn)動(dòng)電極(轉(zhuǎn)子)位于固定電極(定子)的側(cè)邊,上面的位移將會(huì)在定子和轉(zhuǎn)子之間引起電容變化,因此,在陀螺儀輸入部分施加的角速率被轉(zhuǎn)化成一個(gè)專門使用電路可以檢測(cè)的電參數(shù)。
1950s,美國(guó)查爾斯·史塔克·德雷伯實(shí)驗(yàn)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(dá)到了慣性級(jí)要求。1960s,美國(guó)羅伯特·克雷格,研制出動(dòng)力調(diào)諧陀螺儀,在戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈和特種飛機(jī)等平臺(tái)成功應(yīng)用1963,美國(guó)研制出激光陀螺儀,隨后將其應(yīng)用到飛機(jī)與戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈1964,美國(guó)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(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍1990s,以微機(jī)電陀螺儀(MEMS)、半球諧振陀螺儀(RG)為表示的振動(dòng)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。陀螺儀可以實(shí)現(xiàn)高精度的姿態(tài)控制,用于飛行器、導(dǎo)彈等的穩(wěn)定控制。
研究陀螺儀運(yùn)動(dòng)特性的理論是繞定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)剛體動(dòng)力學(xué)的一個(gè)分支,它以物體的慣性為基礎(chǔ),研究旋轉(zhuǎn)物體的動(dòng)力學(xué)特性。陀螺垂直儀,利用擺式敏感元件對(duì)三自由度陀螺儀施加修正力矩以指示地垂線的儀表,又稱陀螺水平儀。陀螺儀的殼體利用隨動(dòng)系統(tǒng)跟蹤轉(zhuǎn)子軸位置,當(dāng)轉(zhuǎn)子軸偏離地垂線時(shí),固定在殼體上的擺式敏感元件輸出信號(hào)使力矩器產(chǎn)生修正力矩,轉(zhuǎn)子軸在力矩作用下旋進(jìn)回到地垂線位置。陀螺垂直儀是除陀螺擺以外應(yīng)用于航空和航海導(dǎo)航系統(tǒng)的又一種地垂線指示或量測(cè)儀表。陀螺儀可以用于激光測(cè)距儀的姿態(tài)校準(zhǔn)和精確測(cè)量,提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。盾構(gòu)導(dǎo)向慣性導(dǎo)航系統(tǒng)供應(yīng)商
陀螺儀作為現(xiàn)代導(dǎo)航和控制技術(shù)中的重要組成部分,為多個(gè)領(lǐng)域的精確測(cè)量和定位提供了不可或缺的支持。盾構(gòu)導(dǎo)向航姿儀供應(yīng)
陀螺儀作為慣性技術(shù)體系的重要一環(huán),是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的主要傳感器,其技術(shù)的更迭前進(jìn)與慣性技術(shù)的發(fā)展需求密不可分。轉(zhuǎn)子陀螺儀拉開了陀螺儀工程化應(yīng)用的序幕;光學(xué)陀螺儀具有里程碑的意義,在捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的成功應(yīng)用,大幅改善了陀螺儀精度與穩(wěn)定性、體積之間的矛盾;振動(dòng)陀螺儀和原子陀螺儀等新型陀螺儀,在現(xiàn)階段展示出了巨大潛力,正處于高速發(fā)展?fàn)顟B(tài)。陀螺儀技術(shù)對(duì)國(guó)家綜合定位、導(dǎo)航、授時(shí)體系的建設(shè)有著重要意義,未來將不斷向著高精度、高可靠性和小型化、低成本兩大方向邁進(jìn),對(duì)陀螺儀技術(shù)的持續(xù)探索研究,仍將是國(guó)內(nèi)外廣大科技工作者密切關(guān)注的焦點(diǎn)。盾構(gòu)導(dǎo)向航姿儀供應(yīng)