陀螺的基本知识–陀螺就在我们身边你却不了解它

提起陀螺,大家脑海中浮现的可能就是我们小时候的一种玩具,抽一下会加速,不停抽打就一直会旋转,只要保持高速旋转它就不会倒。当然现在已经出现更高级别的玩耍陀螺,什么指尖陀螺了、倾斜陀螺了等等。但我们今天要说的不是玩具陀螺,而是一种不仅用在军工(飞机、导弹、火箭、卫星、飞船)上,而且现在已经普遍用于生活上的陀螺仪。

陀螺仪,又叫角速度传感器,用来测量物体的角速度。1852年,法国科学家傅科为了测量地球的自转角速度,发明了世界上第一个陀螺仪,这就是最早的机械陀螺仪。然而限于当时制造工艺水平低,陀螺仪的误差大,并没有观察、验证到地球的自转角速度。那么陀螺仪由什么组成?为什么能测量角速度呢?

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速度检测装置。这个说法比较拗口,我们来解释下。传统的陀螺仪由支架和转子(高速旋转部分)构成,其中支架上还有弹性元件用于提供弹性约束。当陀螺仪相对当前位置有转动角度时(破坏原有平衡),弹性元件就会产生和其偏转方向相反的弹性约束力矩(就像玩具陀螺快倒时再抽打一次)来抵消破坏力矩,然后信号传感器检测出这个力矩就能解算出角速度或角度。换言之,机械陀螺仪就是依靠转子的高速旋转来测量运动物体的角速度。

当然,随着技术的发展,现在有了更先进的陀螺仪,比如激光陀螺仪,光纤陀螺仪以及MEMS微机电陀螺仪。虽然还叫陀螺仪,但其原理跟机械陀螺仪完全不一样。但是它们都有一个共同点,那就是能测量运动物体的角速度。

陀螺仪一经面世,便被应用在国防军工上,加速了战术武器制导化的进程。早在二战时,德国就已经研制出V2导弹发度解决问题的装置,这就是“惯性制导装置”的惯性导航系统,由陀螺仪和加速度计组成。原理见火箭发射需要定位系统吗?–惯性制导装置。此外,陀螺仪还被大量运用在飞机、火箭、卫星和飞船上。比如中国的神舟号飞船,就是陀螺仪通过实时测量,快速而精准的计算飞船飞行方向所产生的误差,及时纠正轨道,然后飞船才能和目标飞行器完美对接;我们的运载火箭以及北斗导航55颗卫星能沿着自己的轨道运行而不产生偏离就靠陀螺仪的作用。

如今,陀螺仪已不再神秘,我们的生活中随处可见。安装在手机上的陀螺仪,可以对转动、偏转的动作做出很好的测量,并由此精确分析判断出使用者的实际动作,而后再根据动作对手机做相应的调整。比如时下最火的手游——吃鸡游戏,对个人灵敏度要求甚高。陀螺仪作为手机游戏中的一个辅助工具,很好的解决了延迟问题。它能自觉的根据你镜头方向对准敌人,进行射击。陀螺仪的功能极大的提高了手游的流畅度和精确度。此外,一些手机拍照时候防抖也要用到它。由于内置有陀螺仪传感器,因而可对外力引起的震动进行补偿,从而增强了拍摄时的稳定性。

此外,汽车上也用了很多陀螺仪,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;平衡车、无人机等均用到了陀螺仪,用来测量前进或后退时的角速度,及时调整姿态,保持外部平衡与稳定。小小的陀螺仪无处不在,需要检测运动状态的地方就能用到它。可以说,如今陀螺仪的应用范围十分地广泛,给我们带来生活的各种便利。

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。