人們利用陀螺的力學性質所制成的各種功能的陀螺裝置稱為陀螺儀(gyroscope),它在航海、航天、特種等各個領域有著普遍的應用。比如:回轉羅盤、定向指示儀、炮彈的翻轉、陀螺的章動等。陀螺儀的種類很多,按用途來分,它可以分為傳感陀螺儀和指示陀螺儀。傳感陀螺儀用于飛行體運動的自動控制系統中,作為水平、垂直、俯仰、航向和角速度傳感器。指示陀螺儀主要用于飛行狀態的指示,作為駕駛和領航儀表使用。陀螺儀還可分為壓電陀螺儀,微機械陀螺儀,光纖陀螺儀和激光陀螺儀,它們都是電子式的,并且它們可以和加速度計,磁阻芯片,GPS,做成慣性導航控制系統。陀螺儀的主要作用是測量和維持物體的角速度和姿態,為導航、制導等領域提供支持。貴州軌檢測量慣性導航系統
陀螺儀在智能手機中的應用,陀螺儀的使用距離我們較近的就是我們的手機,陀螺儀在手機中的應用主要體現在以下幾個方面:導航。陀螺儀自被發明開始,就用于導航,先是德國人將其應用在V1、V2火箭上,因此,如果配合GPS,手機的導航能力將達到前所未有的水準。實際上,很多專業手持式GPS上也裝了陀螺儀,如果手機上安裝了相應的軟件,導航能力絕不亞于很多船舶、飛機上用的導航儀。還可以實現GPS的慣性導航:當汽車行駛到隧道或城市高大建筑物附近,沒有GPS訊號時,可以通過陀螺儀來測量汽車的偏航或直線運動位移,從而繼續導航。湖南車載航姿儀在航天器、飛機、導彈等航空航天器材中,陀螺儀用于測量和控制姿態,確保飛行和導航的精確性和安全性。
下面重點說說。陀螺儀可以幫助手機實現很多增強現實的功能。增強現實是近期才冒出的概念,和虛擬現實一樣,是計算機的一種應用。大意是可以通過手機或者電腦的處理能力,讓人們對現實中的一些物體有跟深入的了解。如果大家不理解,舉個例子,前面有一個大樓,用手機攝像頭對準它,馬上就可以在屏幕上得到這座大樓的相關參數,比如樓的高度,寬度,海拔,如果連接到數據庫,甚至可以得到這座大廈的物主、建設時間、現在的用途、可容納的人數等等。
下面,我們以單自由度陀螺儀為例,來解析角速度測量的原理。單自由度陀螺儀的簡化模型如下圖所示,其中x、y、z分別表示陀螺儀的三個軸。假設基座被固定在汽車上,y軸即為汽車的前進方向。當汽車繞y軸或z軸旋轉時,內環起到了隔離運動的作用,陀螺轉軸并不會隨汽車轉動而轉動。但當汽車繞x軸轉動時,內環上會產生一對力F,形成沿x軸方向的力矩mx。由于陀螺儀在x軸方向沒有轉動自由度,力矩mx將使陀螺主軸繞內環y軸進動。因此,通過測量y軸的角速度,我們可以間接測量到汽車在x軸的角速度。具體的建模和求解過程需要基于動量矩定理,這里不再詳細展開。陀螺儀的特點之一是響應速度快,可實時反饋物體的角速度變化。
各種陀螺儀的應用:陀螺儀發明后首先應用在飛機上,后來又被用在導彈上,采用陀螺儀確定方向和角度,就可計算出飛行路線,從而進行姿態控制。手機陀螺儀就是把機械陀螺儀縮小了裝在手機主板上的,其實我也是這么想的,但永遠不要低估科技的力量,現在都發展到有激光陀螺儀,光纖陀螺儀,以及微機電陀螺儀,雖然還叫陀螺儀,但其原理跟機械陀螺儀完全不一樣,激光陀螺儀的原理是利用光程差來測量旋轉角速度,在閉合光路中,由同一光源發出的沿順時針方向和反時針方向傳輸的兩束光和光干涉,利用檢測相位差或干涉條紋的變化,就可以測出閉合光路旋轉角速度。主要用于航空,航天,國家防護等檔次高領域。分類上,陀螺儀可以分為機械陀螺儀和光學陀螺儀兩種。高動態航姿儀安裝
陀螺儀分為機械式、激光式和光纖式三大類,各自具有獨特的優勢和局限性。貴州軌檢測量慣性導航系統
陀螺儀在手機中的應用主要體現在以下幾個方面:1、可以用作輸入設備。陀螺儀相當于一個立體的鼠標,這個功能和第三大用途中的游戲傳感器很類似,甚至可以認為是一種類型。通過小幅度的傾斜,偏轉手機,實現菜單,目錄的選擇和操作的執行。(比如前后傾斜手機,實現通訊錄條目的上下滾動;左右傾斜手機,實現瀏覽頁面的左右移動或者頁面的放大或縮小。2、也是未來較有前景和應用范圍的用途。那就是可以幫助手機實現很多增強現實的功能。增強現實是才冒出的概念,和虛擬現實一樣,是計算機的一種應用。大意是可以通過手機或者電腦的處理能力,讓人們對現實中的一些物體有更深入的了解。貴州軌檢測量慣性導航系統