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陀螺仪工作原理,你懂了吗?

陀螺仪,又称陀螺仪,它是一种角运动检测装置,利用高速旋转体的动量矩敏感壳体的相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或两个轴。

同时,由其他原理制成的角运动检测装置也称为陀螺仪。

陀螺仪名字的来源历史悠久。

据研究,1850年法国物理学家莱昂·傅科()为了研究地球自转,首先发现高速转动中地的转子(rotor),因为它有惯性,它的旋转轴总是指向固定的方向,所以傅科用希腊字 gyro(旋转)和skopein(看)两字合为“gyro scopei 一字命名仪器仪表。

陀螺仪最早的简单制作方法如下:将高速旋转陀螺仪放在通用支架上,通过陀螺仪的方向计算角速度,如下图所示。

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其中,中间的金色转子是陀螺,因为惯性不会受到影响,周围的三个钢圈会因为设备的姿势而改变。

通过这种方式检测设备的现状,三个钢圈所在的轴,即三轴陀螺仪中的三轴,即

由三个轴组成的三维空间共同检测各种动作,然后读取轴指示的方向,并自动将数据信号传输到控制系统。

所以一开始,陀螺仪

目前,当从力学的角度分析陀螺的运动时,可以将其视为刚体,刚体上有一个通用支点,陀螺可以绕支点旋转三个自由度。

因此,陀螺运动属于刚体绕定点旋转运动,更准确地说,绕对称轴高速旋转的飞轮转子称为陀螺。

将陀螺安装在框架装置上,使陀螺的自转轴具有角旋转的自由度,该装置一般称为陀螺仪。

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电机、三相交流电机等拖动方法,其速度近似为常值);

  • 内外框架(或内外环,是陀螺自转轴获得所需角旋转自由度的结构);

  • 附件(指力矩电机、信号传感器等。

陀螺仪检测角速度。

基于其工作原理的原理:

当物体在坐标系中直线移动时,假设坐标系旋转,物体会感受到垂直力和垂直方向的加速度。

台风的形成是基于这一原则。地球旋转驱动大气旋转。如果大气旋转受到切向力的影响,很容易形成台风,而北半球和南半球的台风旋转方向不同。

用图像比喻解释的原理。

具体来说,陀螺仪是圆形中轴的结合体。

事实上,静止陀螺仪本身与运动陀螺仪本身没有什么不同。如果静止陀螺仪本身绝对平衡,除外部因素外,陀螺仪可以在不旋转的情况下确定。

如果陀螺仪本身的尺寸不平衡,陀螺仪模型会在静止时倾斜和下降,因此不平衡的陀螺仪必须依靠旋转来保持平衡。

陀螺仪本身与重力有关。由于重力的影响,重端向下运行,轻端向上运行。

在旋转过程中,如果陀螺仪遇到外力,陀螺仪转轮会受到一定的力。

陀螺仪会立即倾斜,如果陀螺仪受力点的势能低于陀螺仪的旋转速度,则由于陀螺仪倾斜,陀螺仪受力点将从斜下角滑到斜上角。

陀螺仪受力点的势能仍在向下运行。

当陀螺仪到达斜上角时,受力点的剩余势能将在位于斜上角时向下推。

差别很大,但最大的区别是重力传感对空间位移的感觉较少,能达到六个方向的感应很好,陀螺仪是全方位的。

毫不夸张地说,这两种产品并非同级产品。

可能看到这里,大家还是会觉得有些迷惑,既然陀螺仪很厉害,那么它在手机上到底有什么用呢?

3.2 第一大用途

陀螺仪自发明以来一直用于导航。首先,德国人将其应用于导航V1、V因此,如果火箭配合的话GPS,手机的导航能力将达到前所未有的水平。

事实上,目前有很多专业的手持式手持式GPS陀螺仪也安装在手机上。如果相应的软件安装在手机上,其导航能力不亚于许多船舶和飞机上使用的导航仪。

3.3 第二大用途

可与手机上的摄像头配合使用,如防抖,可大大提高手机的摄像能力。

3.4 第三大用途

各种游戏的传感器,如飞行游戏、体育游戏,甚至一些第一视角射击游戏,陀螺仪完全监控游戏玩家的位移,从而实现各种游戏操作效果。

3.5 第四大用途

可以用作输入设备,陀螺仪相当于一个立体的鼠标,这个功能和第三大用途中的游戏传感器很类似,甚至可以认为是一种类型。

3.6 第五大用途

未来最有前途和应用范围的用途是帮助手机实现许多增强现实的功能。

陀螺仪的主要基本特征是它的inertia or rigidity)和precession),这两个特征都是基于的原则下。

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固定轴或稳定性。

其稳定性随以下物理量而变化:转子的旋转惯性越大,稳定性越好;转子角速度越大,稳定性越好。

转子高速旋转时,如果外力矩作用于外环轴,陀螺仪将绕内环轴旋转;如果外力矩作用于内环轴,陀螺仪将绕外环轴旋转。

MEMS陀螺仪

陀螺仪最早用于导航,但随着科学技术的发展,它也广泛应用于航空和航天工业。

陀螺仪器不仅可以用作指示仪器,还可以用作自动控制系统中的敏感元件和信号传感器。

陀螺仪可根据需要提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度。

以便驾驶员或使用自动导航仪控制飞机、船舶或航天飞机等航行体按一定航线飞行。

这些信号直接用于导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导

陀螺仪作为一种精密的测试仪器,可以为地面设施、矿山隧道、地下铁路、石油钻探和导弹发射井提供准确的定位基准。

可见陀螺仪器应用广泛,在现代国防建设和国民经济建设中占有重要地位。

陀螺仪的出现给消费电子带来了很大的应用挥空间。

比如就设备输入的方式来说,在键盘、鼠标、触摸屏之后,陀螺仪又给我们带来了手势输入,由于它的高精度,甚至还可以实现电子签名;

还比如让智能手机变得更智慧:除了移动上网、快速处理数据外,还能“察言观色”,并提供相应的服务。

陀螺仪自被发明开始,就用于导航,先是德国人将其应用在V1、V2火箭上,因此,如果配合GPS,手机的导航能力将达到前所未有的水准。

实际上,目前很多专业手持式GPS上也装了陀螺仪,如果手机上安装了相应的软件,其导航能力绝不亚于目前很多船舶、飞机上用的导航仪。

陀螺仪可以和手机上的摄像头配合使用,比如防抖,这会让手机的拍照摄像能力得到很大的提升。

各类手机游戏的传感器,比如飞行游戏,体育类游戏,甚至包括一些第一视角类射击游戏,陀螺仪完整监测游戏者手的位移,从而实现各种游戏操作效果,如横屏改竖屏、赛车游戏拐弯等等。

陀螺仪还可以用作输入设备,它相当于一个立体的鼠标,这个功能和第三大用途中的游戏传感器很类似,甚至可以认为是一种类型。

同时,除了我们熟悉的智能手机以外,,在高档汽车中,大约采用25至40只MEMS传感器,用来检测汽车不同部位的工作状态,给行车电脑提供信息,让用户更好的控制汽车。


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标签: 陀螺仪力传感器

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