陀螺平衡仪原理
陀螺平衡仪原理的答案是:角动量守恒原理。
陀螺仪就是利用陀螺的力学性质所制成的,主要利用的原理是角动量守恒原理,即陀螺仪高速旋转时,角动量很大,旋转轴会一直稳定指向一个方向;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)。现在手机里基本上都会内置有一个陀螺仪传感器,喜欢玩手机游戏的朋友也会用到这个功能。部分朋友听说陀螺仪,就以为里面有陀螺,那么陀螺仪里面真的有陀螺吗?
其实,陀螺仪里并没有陀螺,它之所以称为陀螺仪,是因为它是利用陀螺的力学性质制作的,传统的机械陀螺仪由一个陀螺转子与旋转轴相连,外围是由两个支架组成,里面的陀螺转子和普通的陀螺玩具还是有一定区别的,不过原理方面是一样的。
陀螺仪的名字由来
陀螺仪名字的来源具有悠久的历史。据考证,1850年法国的物理学家莱昂·傅科(ault)为了研究地球自转,首先发现高速转动中地的转子(rotor),由于它具有惯性,它的旋转轴永远指向一固定方向,因此傅科用希腊字 gyro(旋转)和skopein(看)两字合为“gyro scopei ”一字来命名该仪器仪表。
最早的陀螺仪的简易制作方式如下:即将一个高速旋转的陀螺放到一个万向支架上,靠陀螺的方向来计算角速度。其中,中间金色的转子即为陀螺,它因为惯性作用是不会受到影响的,周边的三个“钢圈”则会因为设备的改变姿态而跟着改变,通过这样来检测设备当前的状态,而这三个“钢圈”所在的轴,也就是三轴陀螺仪里面的“三轴”,即X轴、y轴、Z轴,三个轴围成的立体空间联合检测各种动作,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。因此一开始,陀螺仪的最主要的作用在于可以测量角速度。
陀螺仪的基本组成
当前,从力学的观点近似的分析陀螺的运动时,可以把它看成是一个刚体,刚体上有一个万向支点,而陀螺可以绕着这个支点作三个自由度的转动,所以陀螺的运动是属于刚体绕一个定点的转动运动,更确切地说,一个绕对称轴高速旋转的飞轮转子叫陀螺。将陀螺安装在框架装置上,使陀螺的自转轴有角转动的自由度,这种装置的总体叫做陀螺仪。
陀螺仪的基本部件有:陀螺转子(常采用同步电机、磁滞电机、三相交流电机等拖动方法来使陀螺转子绕自转轴高速旋转,并见其转速近似为常值);内、外框架(或称内、外环,它是使陀螺自转轴获得所需角转动自由度的结构);附件(是指力矩马达、信号传感器等)。
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