陀螺仪 指导教师：朱姗姗.

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1 陀螺仪 指导教师：朱姗姗

2 陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置。利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。

3 装置介绍 绕一个支点高速转动的刚体称为陀螺(top)。通常所说的陀螺是特指对称陀螺，它是一个质量均匀分布的、具有轴对称形状的刚体，其几何对称轴就是它的自转轴。 与苍蝇退化的后翅(平衡棒)原理类似。 在一定的初始条件和一定的外在力矩作用下，陀螺会在不停自转的同时，环绕着另一个固定的转轴不停地旋转，这就是陀螺的旋进(precession)，又称为回转效应(gyroscopic effect)。陀螺旋进是日常生活中常见的现象，许多人小时候都玩过的陀螺就是一例。

4 人们利用陀螺的力学性质所制成的各种功能的陀螺装置称为陀螺仪(gyroscope)，它在科学、技术、军事等各个领域有着广泛的应用。比如:回转罗盘、定向指示仪、炮弹的翻转、陀螺的章动等。

5 原理 陀螺仪的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫做陀螺仪。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。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。 在现实生活中，陀螺仪发生的进给运动是在重力力矩的作用下发生的。

6 特性 陀螺仪被广泛用于航空、航天和航海领域。这是由于它的两个基本特性:一为定轴性；另一是进动性这两种特性都是建立在角动量守恒的原则下。
特性 陀螺仪被广泛用于航空、航天和航海领域。这是由于它的两个基本特性:一为定轴性；另一是进动性这两种特性都是建立在角动量守恒的原则下。

7 定轴性 当陀螺转子以高速旋转时，在没有任何外力矩作用在陀螺仪上时，陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向保持稳定不变，即指向一个固定的方向;同时反抗任何改变转子轴向的力量。这种物理现象称为陀螺仪的定轴性或稳定性。其稳定性随以下的物理量而改变: 1.转子的转动惯量愈大，稳定性愈好; 2.转子角速度愈大，稳定性愈好。

8 所谓的"转动惯量"，是描述刚体在转动中的惯性大小的物理量。当以相同的力矩分别作用于两个绕定轴转动的不同刚体时，它们所获得的角速度一般是不一样的，转动惯量大的刚体所获得的角速度小，也就是保持原有转动状态的惯性大;反之，转动惯量小的刚体所获得的角速度大，也就是保持原有转动状态的惯性小。

9 进动性 当转子高速旋转时，若外力矩作用于外环轴，陀螺仪将绕内环轴转动;若外力矩作用于内环轴，陀螺仪将绕外环轴转动。其转动角速度方向与外力矩作用方向互相垂直。这种特性，叫做陀螺仪的进动性。进动角速度的方向取决于动量矩H的方向(与转子自转角速度矢量的方向一致)和外力矩M的方向，而且是自转角速度矢量以最短的路径追赶外力矩。如右图。

10 这可用右手定则判定。即伸直右手，大拇指与食指垂直，手指顺着自转轴的方向，手掌朝外力矩的正方向，然后手掌与4指弯曲握拳，则大拇指的方向就是进动角速度的方向。 进动角速度的大小取决于转子动量矩H的大小和外力矩M的大小,其计算式为进动角速度ω=M/H。 进动性的大小也有三个影响的因素: 1.外界作用力愈大，其进动角速度也愈大; 2.转子的转动惯量愈大，进动角速度愈小; 3.转子的角速度愈大，进动角速度愈小。

11 功能分类 利用陀螺仪的动力学特性制成的各种仪表或装置，主要有以下几种: 陀螺方向仪 陀螺罗盘 陀螺垂直仪 陀螺稳定器 速率陀螺仪 陀螺稳定平台

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