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陀螺儀(英文:gyroscope),是一種基於角動量守恆的理論,用來感測與維持方向的裝置。陀螺儀主要是由一個位於軸心且可旋轉的轉子構成。由於轉子的角動量,陀螺儀一旦開始旋轉,即有抗拒方向改變的趨向。陀螺儀多用於導航、定位等系統。

歷史

1852年法國物理學家萊昂·傅科為了研究地球自轉,首先發現高速轉動中的轉子(rotor),由於慣性作用它的旋轉軸永遠指向一固定方向,他用希臘文gyro(旋轉)和skopein(看)兩字合為gyroscopei一字來命名這種儀表[1]

1860年代,電動馬達的演進使得陀螺儀能夠無限旋轉,進而誕生了第一組航向指示器的原型,甚至是更複雜的儀器--旋轉羅盤。第一組有功能性的旋轉羅盤於1904年由德國發明家赫爾曼·安修斯·康菲申請專利,美國人艾爾默·斯派理在一年後也提出了他自己的設計。其他國家很快地便發覺到陀螺儀在軍事方面的重要性—在這個航行技術為最重要的軍事力量指標的年代—因而創立了他們自己的陀螺儀工業。斯派理陀螺儀公司快速擴張並供應飛機與船艦的穩定器,其他陀螺儀開發商也跟進。

到了20世紀末,原本只在飛機導彈上存在的陀螺儀逐步民用化,也從機械結構邁入電子時代,使用的原理也不盡相同,然而他們的價格依舊昂貴,感應器集成度也不高,只會用在大型儀器上,但21世紀以來,因為智能手機產業的進步,陀螺儀的體積不斷縮小,使得原本笨重而昂貴的陀螺儀忽然變成唾手可得的零組件,也帶動了小型無人機的發展。

結構

陀螺儀的裝置,一直是航空航海上航行姿態及速率等最方便實用的參考儀表。

基本上陀螺儀是一種機械裝置,其主要部分是一個對旋轉軸以極高角速度旋轉的轉子,轉子裝在一支架內;在通過轉子中心軸XX1上加一內環架,那麼陀螺儀就可環繞飛機兩軸作自由運動;然後,在內環架外加上一外環架;這個陀螺儀有兩個平衡環,可以環繞飛機三軸作自由運動,就是一個完整的空間陀螺儀(space gyro)。

特性

陀螺儀用在飛機飛行儀表的心臟地位,是由於其兩個基本特性:一為定軸性(inertia 或 rigidity),另一是逆動性(precession),這兩種特性都是建立在角動量守恆的原則下[2]

視頻

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參考文獻

  1. 法國物理學家命名陀螺儀,法國留學在線
  2. 陀螺儀原理和特性,傳感器專家網,2010-11-30