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陀螺仪(英文:gyroscope),是一种基于角动量守恒的理论,用来感测与维持方向的装置。陀螺仪主要是由一个位于轴心且可旋转的转子构成。由于转子的角动量,陀螺仪一旦开始旋转,即有抗拒方向改变的趋向。陀螺仪多用于导航、定位等系统。

历史

1852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的转子(rotor),由于惯性作用它的旋转轴永远指向一固定方向,他用希腊文gyro(旋转)和skopein(看)两字合为gyroscopei一字来命名这种仪表[1]

1860年代,电动马达的演进使得陀螺仪能够无限旋转,进而诞生了第一组航向指示器的原型,甚至是更复杂的仪器--旋转罗盘。第一组有功能性的旋转罗盘于1904年由德国发明家赫尔曼·安修斯·康菲申请专利,美国人艾尔默·斯派理在一年后也提出了他自己的设计。其他国家很快地便发觉到陀螺仪在军事方面的重要性—在这个航行技术为最重要的军事力量指标的年代—因而创立了他们自己的陀螺仪工业。斯派理陀螺仪公司快速扩张并供应飞机与船舰的稳定器,其他陀螺仪开发商也跟进。

到了20世纪末,原本只在飞机导弹上存在的陀螺仪逐步民用化,也从机械结构迈入电子时代,使用的原理也不尽相同,然而他们的价格依旧昂贵,感应器集成度也不高,只会用在大型仪器上,但21世纪以来,因为智能手机产业的进步,陀螺仪的体积不断缩小,使得原本笨重而昂贵的陀螺仪忽然变成唾手可得的零组件,也带动了小型无人机的发展。

结构

陀螺仪的装置,一直是航空航海上航行姿态及速率等最方便实用的参考仪表。

基本上陀螺仪是一种机械装置,其主要部分是一个对旋转轴以极高角速度旋转的转子,转子装在一支架内;在通过转子中心轴XX1上加一内环架,那么陀螺仪就可环绕飞机两轴作自由运动;然后,在内环架外加上一外环架;这个陀螺仪有两个平衡环,可以环绕飞机三轴作自由运动,就是一个完整的空间陀螺仪(space gyro)。

特性

陀螺仪用在飞机飞行仪表的心脏地位,是由于其两个基本特性:一为定轴性(inertia 或 rigidity),另一是逆动性(precession),这两种特性都是建立在角动量守恒的原则下[2]

视频

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参考文献

  1. 法国物理学家命名陀螺仪,法国留学在线
  2. 陀螺仪原理和特性,传感器专家网,2010-11-30