陀螺平衡儀原理
陀螺平衡儀原理的答案是:角動量守恆原理。
陀螺儀就是利用陀螺的力學性質所製成的,主要利用的原理是角動量守恆原理,即陀螺儀高速旋轉時,角動量很大,旋轉軸會一直穩定指向一個方向;而且,旋轉物體在橫向傾斜時,重力會向增加傾斜的方向作用,而軸則向垂直方向運動,就產生了搖頭的運動(歲差運動)。現在手機裡基本上都會內建有一個陀螺儀感測器,喜歡玩手機遊戲的朋友也會用到這個功能。部分朋友聽說陀螺儀,就以為裡面有陀螺,那麼陀螺儀裡面真的有陀螺嗎?
其實,陀螺儀裡並沒有陀螺,它之所以稱為陀螺儀,是因為它是利用陀螺的力學性質製作的,傳統的機械陀螺儀由一個陀螺轉子與旋轉軸相連,外圍是由兩個支架組成,裡面的陀螺轉子和普通的陀螺玩具還是有一定區別的,不過原理方面是一樣的。
陀螺儀的名字由來
陀螺儀名字的來源具有悠久的歷史。據考證,1850年法國的物理學家萊昂·傅科(ault)為了研究地球自轉,首先發現高速轉動中地的轉子(rotor),由於它具有慣性,它的旋轉軸永遠指向一固定方向,因此傅科用希臘字 gyro(旋轉)和skopein(看)兩字合為“gyro scopei ”一字來命名該儀器儀表。
最早的陀螺儀的簡易製作方式如下:即將一個高速旋轉的陀螺放到一個萬向支架上,靠陀螺的方向來計算角速度。其中,中間金色的轉子即為陀螺,它因為慣性作用是不會受到影響的,周邊的三個“鋼圈”則會因為裝置的改變姿態而跟著改變,通過這樣來檢測裝置當前的狀態,而這三個“鋼圈”所在的軸,也就是三軸陀螺儀裡面的“三軸”,即X軸、y軸、Z軸,三個軸圍成的立體空間聯合檢測各種動作,然後用多種方法讀取軸所指示的方向,並自動將資料訊號傳給控制系統。因此一開始,陀螺儀的最主要的作用在於可以測量角速度。
陀螺儀的基本組成
當前,從力學的觀點近似的分析陀螺的運動時,可以把它看成是一個剛體,剛體上有一個萬向支點,而陀螺可以繞著這個支點作三個自由度的轉動,所以陀螺的運動是屬於剛體繞一個定點的轉動運動,更確切地說,一個繞對稱軸高速旋轉的飛輪轉子叫陀螺。將陀螺安裝在框架裝置上,使陀螺的自轉軸有角轉動的自由度,這種裝置的總體叫做陀螺儀。
陀螺儀的基本部件有:陀螺轉子(常採用同步電機、磁滯電機、三相交流電機等拖動方法來使陀螺轉子繞自轉軸高速旋轉,並見其轉速近似為常值);內、外框架(或稱內、外環,它是使陀螺自轉軸獲得所需角轉動自由度的結構);附件(是指力矩馬達、訊號感測器等)。
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