陀螺儀到底有什么用呢?一、虛擬現(xiàn)實與游戲,隨著虛擬現(xiàn)實(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感知用戶的頭部運動,從而為用戶提供沉浸式的體驗。在游戲手柄和智能手機等設(shè)備中,陀螺儀則用于實現(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)和重力場的變化。在航天領(lǐng)域,陀螺儀則用于測量航天器的姿態(tài)和角速度,為航天任務(wù)的順利實施提供重要保障。陀螺儀利用陀螺效應(yīng),即旋轉(zhuǎn)物體的角動量會保持不變,來測量物體的旋轉(zhuǎn)。盾構(gòu)導(dǎo)向航姿儀供應(yīng)
陀螺儀是什么:繞一個支點高速轉(zhuǎn)動的剛體稱為陀螺(top)。通常所說的陀螺是特指對稱陀螺,它是一個質(zhì)量均勻分布的、具有軸對稱形狀的剛體,其幾何對稱軸就是它的自轉(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,陀螺會在不停自轉(zhuǎn)的同時,還繞著另一個固定的轉(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。
我們以一個單軸偏航陀螺儀為例,探討較簡單的工作原理(圖1)。兩個正在運動的質(zhì)點向相反方向做連續(xù)運動,如藍(lán)色箭頭所示。只要從外部施加一個角速率,就會產(chǎn)生一個與質(zhì)點運動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)點發(fā)生位移,位移大小與所施加的角速率大小成正比。因為傳感器感應(yīng)部分的運動電極(轉(zhuǎn)子)位于固定電極(定子)的側(cè)邊,上面的位移將會在定子和轉(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)化成一個專門使用電路可以檢測的電參數(shù)。
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(dá)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。陀螺儀可以實現(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。陀螺垂直儀,利用擺式敏感元件對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系統(tǒng)跟蹤轉(zhuǎn)子軸位置,當(dāng)轉(zhuǎn)子軸偏離地垂線時,固定在殼體上的擺式敏感元件輸出信號使力矩器產(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儀表。陀螺儀可以用于激光測距儀的姿態(tài)校準(zhǔn)和精確測量,提高測量的準(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,為多個領(lǐng)域的精確測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)對國家綜合定位、導(dǎo)航、授時體系的建設(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),對陀螺儀技術(shù)的持續(xù)探索研究,仍將是國內(nèi)外廣大科技工作者密切關(guān)注的焦點。盾構(gòu)導(dǎo)向航姿儀供應(yīng)