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陀螺仪的特性图解及应用

文章出处:网络整理 发布时间: 2017/12/01 | 602 次阅读

  说到陀螺仪有什么用,小编只能说,必不可缺吧!尤其是现在的智能终端已经大面积使用,之前因为成本较高,普遍用在飞机、航母及大型运作设备上,就用现在的智能手机来研究下陀螺仪吧,之后还会介绍清楚陀螺仪的特性,看完大家就能完全理解陀螺仪了。

陀螺仪有什么用_陀螺仪的特性图解_陀螺仪的应用

  1.现在智能手机上采用的陀螺仪是MEMS(微机电)陀螺仪,手机中陀螺仪的运用首先用在游戏的控制上,相比传统重力感应器只能感应左右两个维度的(多轴的重力感应是可以检测到物体竖直方向的转动,但角度难判断)变化,陀螺仪通过对偏转、倾斜等动作角速度的测量,可以实现用手控制游戏主角的视野和方向。

  2.可以帮助手机摄像头防抖。在我们按下快门时,陀螺仪测量出手机翻转的角度,将手抖产生的偏差反馈给图像处理器,用计算出的结果控制补偿镜片组,对镜头的抖动方向以及位移作出补偿,实现更清晰的拍照效果。

  3.能辅助GPS进行惯性导航。特别是在没有GPS信号的隧道、桥梁或高楼附近,陀螺仪会测量运动的方向和速度,将速度乘以时间获得运动的距离,实现精确定位导航,并能修正导航线路。

  这就是手机陀螺仪的作用,有没有觉得这手机陀螺仪很不可缺少呢?

  陀螺仪的特性

  接下来,我们用图来说说陀螺仪的特性。

  “陀螺仪”是敏感角位移的装置,重要特性有定轴性和进动性。

  定轴性

  定轴性很好理解,陀螺仪在高速旋转过程中具有动量矩H,在不受外力矩作用时,自转轴将相对惯性空间保持方向不变的特性。

  进动性

  进动性是二自由度陀螺仪里面的概念。二自由度陀螺仪模型如下:

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  外框能够绕外框轴旋转,内框能够绕内框轴旋转,中间是旋转的陀螺和自转轴。

  进动性是指的这样的现象:

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  在陀螺转子高速转动的情况下,如果按如图所示用力作用于内框架,会使得外框架按如图所示方向转动,从而导致动量矩H(即自转轴的方向)相应转动。或者另外一种情况:

  陀螺仪有什么用_陀螺仪的特性图解_陀螺仪的应用

  用力推动外框,使得内框架绕内框轴转动。

  类似于牛顿第三定律,当推动外框架或者内框架改变动量矩H的方向时,陀螺仪会产生反作用力矩,其大小与外力矩相等,方向相反。这也是陀螺仪的基本特性之一。

  陀螺仪的应用和总结

  陀螺仪陀螺仪是一种既古老而又很有生命力的仪器,从第一台真正实用的陀螺仪器问世以来已有大半个世纪,但直到现也,陀螺仪仍在吸引着人们对它进行研究,这是由于它本身具有的特性所决定的。陀螺仪最主要的基本特性是它的稳定性和进动性。人们从儿童玩的地陀螺中早就发现高速旋转的陀螺可以竖直不倒而保持与地面垂直,这就反映了陀螺的稳定性。研究陀螺仪运动特性的理论是绕定点运动刚体动力学的一个分支,它以物体的惯性为基础,研究旋转物体的动力学特性。

  陀螺仪器最早是用于航海导航,但随着科学技术的发展,它在航空和航天事业中也得到广泛的应用。陀螺仪器不仅可以作为指示仪表,而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件,即可作为信号传感器。根据需要,陀螺仪器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号,以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线飞行,而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中,则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制。作为稳定器,陀螺仪器能使列车在单轨上行驶,能减小船舶在风浪中的摇摆,能使安装在飞机或卫星上的照相机相对地面稳定等等。作为精密测试仪器,陀螺仪器能够为地面设施、矿山隧道、地下铁路、石油钻探以及导弹发射井等提供准确的方位基准。
       
        总结:

  陀螺仪在生活和军事领域都有重要作用。小到手机,大到卫星,都能见到它的身影。

  飞行器姿态控制是陀螺特性的重要应用,是定轴性的体现。垂直陀螺仪给飞行器建立地垂线基准,道理很简单,飞行器在空中飞行过程中,不管姿态如何改变,垂直陀螺仪始终指向垂直方向不变,从而提供有关姿态角的信息。当然,由于陀螺自身漂移和环境变化,需要修正装置随时校准修正。

  同样,水平陀螺仪指示水平方向,给飞行器的航向角修正提供信息。

  陀螺罗经是一种依靠陀螺仪指示真北的装置。它利用地球自转角速度和重力力矩的综合作用,能够使自转轴自动寻找真北,而不需要依靠地磁场。现在也有了长足的进步和发展。由此可见,陀螺仪器的应用范围是相当广泛的,它在现代化的国防建设和国民经济建设中均占重要的地位。

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