陀螺力矩测定实验
陀螺仪基本特性试验
陀螺仪基本特性试验陀螺仪基本特性试验一、实验目的1．用实验的方法观察并验证陀螺仪的基本特性——定轴性，进动性和陀螺力矩效应。
2．学习使用陀螺实验用主要设备——转台。
3．利用线性回归方法进行数据处理。
二、实验设备1．TZS-74陀螺仪表综合试验转台。
2．双自由度陀螺仪。
3．砝码。
4．实验用电源：交流220V，50~（转台用）36V，400~三相电源。
三、实验内容和步骤（一）定轴性实验1.陀螺马达不转时，开动转台，观察陀螺仪是否有定轴性。
2.接通电源，几下陀螺转子的转速方向，开动转台观察转子转动时陀螺仪的定轴性。
（二）进动性实验1.外加力矩，观察进动现象。
根据进动规律判断角动量H的方向，并和上面记下的转速方向做一比较。
2.测量进动角速度和外加力矩的关系：（1）在加力杆的前后标尺上分别加不同重量的砝码，记录进动的角度与实践，列表并计算出对应于每一外加力矩的进动角速度值，画出实验曲线。
（2）根据进动规律x Mω=（H J=Ω）计算出对应于每一外加H力矩的进动角速度，画出理论曲线。
（3）将实验曲线与理论曲线进行比较并说明产生误差的原因。
（4）用线性回归的方法进行数据处理，并通过求回归系数的方法求出角动量H的值。
3.测量进动角速度和角动量的关系在同一外力矩作用下，测量陀螺马达在额定转速下和断电一分钟后的进动角速度（断电一分钟后马达转速低于额定转速）。
根据实验结果说明进动角速度和角动量的关系。
（三）陀螺力矩实验1.开动转台，使双自由度陀螺仪基座转动，观察有无陀螺力矩效应，并说明原因。
2.观察双自由度陀螺仪在进动时的陀螺力矩效应。
用手对内框架加力矩，用手的感觉来测量陀螺力矩的大小和方向。
说明陀螺力矩产生的原因。
3.拧紧固定外框架的螺钉。
用手对内框架加力矩。
观察此时转子轴的运动方向。
用手感觉此时对手是否有陀螺力矩作用，加以分析。
4.测量陀螺力矩和进动角速度的关系为了达到测量陀螺力矩的目的，我们拧紧固定外框架的螺钉，是陀螺仪成为单自由度陀螺仪。
科学实验教案：测量陀螺的旋转速度
科学实验教案：测量陀螺的旋转速度引言陀螺是一种旋转体，由于其高速旋转而具有许多有趣的现象和特性。
本教案旨在教授如何利用简单的仪器和方法测量陀螺的旋转速度，从而更好地理解陀螺的物理特性。
实验原理陀螺的运动是由外力和陀螺自身的旋转力矩共同作用的结果。
当陀螺被施加外力后，陀螺的轴会发生进动运动，即轴在水平面上旋转的同时，还会沿垂直于水平面的方向偏转。
这种现象被称为“进动”。
陀螺的旋转速度与其旋转角速度成正比，而旋转角速度可以通过测量陀螺的旋转周期来计算得到。
因此，我们可以通过测量陀螺的旋转周期，进而计算出其旋转速度。
实验器材1.陀螺：旋转稳定、轴尽可能细长、重心尽可能靠近轴的陀螺。
2.外力施加器：外力可以通过摩擦、弹簧等方式施加在陀螺上。
3.计时器：用于精确测量陀螺的旋转周期。
4.直尺、卡尺等测量仪器：用于测量陀螺的直径、重心到轴的距离等参数。
实验步骤1.准备陀螺：选择一个稳定、轴尽可能细长、重心尽可能靠近轴的陀螺，注意要保证陀螺的轴与地面保持垂直，并且陀螺旋转的方向应朝向实验者。
2.测量陀螺的直径：使用卡尺或直尺等仪器测量陀螺的直径。
3.测量陀螺的重心到轴的距离：使用直尺或卡尺等测量仪器测量陀螺的重心到轴的距离。
4.施加外力：选择一种适当的外力施加器，例如用线绕在陀螺轴上，或用手指等施加摩擦力。
施加外力后，观察陀螺的进动运动，注意观察进动的角速度和进动的方向。
5.计时：使用计时器精确测量陀螺的旋转周期。
6.计算旋转速度：根据测量得到的陀螺的直径和重心到轴的距离，计算出陀螺的转动惯量。
根据陀螺的旋转周期和转动惯量，计算出陀螺的旋转角速度和旋转速度。
实验注意事项1.选择适当的陀螺：要保证陀螺的旋转稳定，轴尽可能细长，并且重心尽可能靠近轴。
2.施加外力要适当：施加外力的大小和方向要适当，以保证陀螺的进动不会过于明显或不稳定。
3.精确测量：为了得到准确的实验结果，要尽可能精确地测量陀螺的直径、重心到轴的距离和旋转周期等参数。
陀螺实验报告
陀螺实验报告陀螺实验报告引言：陀螺是一种旋转的物体，它的运动规律一直以来都吸引着科学家们的注意。
为了更好地理解陀螺的运动特性，我们进行了一系列的陀螺实验。
本报告将详细介绍实验的目的、实验装置、实验步骤、实验结果以及实验结论。
实验目的：本次实验的目的是研究陀螺的稳定性和运动规律，通过实验探究陀螺的物理特性和运动机制。
实验装置：我们使用了一架陀螺装置，该装置由一个陀螺仪和一个支架组成。
陀螺仪由一个圆盘和一个轴组成，圆盘上有一个固定的重物。
支架上有一个可调节的支点，用于保持陀螺仪的平衡。
实验步骤：1. 调整支架：首先，我们需要调整支架，使得支点与陀螺仪的轴线垂直，并保持支点的稳定性。
2. 给陀螺仪加力：接下来，我们用手指轻轻地给陀螺仪加力，使其开始旋转。
注意力的大小和方向要一致，以确保陀螺仪的旋转方向和速度。
3. 观察陀螺仪的运动：我们仔细观察陀螺仪的运动，包括旋转的速度、旋转的方向以及陀螺仪的稳定性。
4. 记录实验数据：我们记录下陀螺仪的旋转时间、旋转速度以及稳定性等实验数据。
5. 重复实验：为了提高实验的准确性，我们进行了多次实验，并记录每次实验的数据。
实验结果：通过实验观察和数据记录，我们得到了以下实验结果：1. 陀螺仪的旋转速度与加力的大小和方向有关，加力越大，陀螺仪的旋转速度越快。
2. 陀螺仪的旋转方向与加力的方向一致。
3. 陀螺仪在旋转过程中具有一定的稳定性，能够保持一定的旋转时间和旋转速度。
实验结论：通过本次实验，我们得出以下结论：1. 陀螺的运动规律与加力的大小和方向有关，加力越大，陀螺的旋转速度越快。
2. 陀螺的旋转方向与加力的方向一致。
3. 陀螺具有一定的稳定性，能够保持一定的旋转时间和旋转速度。
进一步研究：虽然本次实验对陀螺的运动特性进行了初步研究，但还有许多问题值得进一步探索。
例如，我们可以研究不同形状和重量的陀螺对运动规律的影响，以及陀螺的旋转速度与稳定性之间的关系等。
结语：通过本次实验，我们对陀螺的运动特性有了更深入的了解。
陀螺仪检验方法
陀螺仪检验方法陀螺仪是一种广泛应用于航空航天、导航系统、惯性导航等领域的传感器，用于测量角速度和角度变化。
它的工作原理是通过感应旋转的力矩来检测物体的转动。
由于其在各个领域的重要性，对陀螺仪的准确性和可靠性的检验显得尤为重要。
下面我们将介绍一些常见的陀螺仪的检验方法。
1.环境温度测试：陀螺仪的性能受环境温度变化的影响较大，因此在检验之前需要对其在不同温度下的性能进行测试。
一种常见的方法是将陀螺仪放置在恒温箱中，通过逐步提高温度或降低温度来模拟不同的工作温度，然后对陀螺仪的输出进行监测和记录，以评估其温度稳定性和性能。
2.角速度精度测试：陀螺仪的主要功能是测量角速度，因此角速度精度是其最重要的指标之一。
通常采用基准陀螺仪或精密加速度计作为参考，将待检验陀螺仪与参考仪器同时连接在同一测试平台上，并进行角速度输入。
通过比较待检验陀螺仪和参考仪器的输出，计算其误差，来评估陀螺仪的角速度精度。
3.初始校准误差测试：陀螺仪的初始校准误差是指在其初始启动时由于制造或安装原因引起的误差。
为了准确测量角度变化，陀螺仪的初始校准非常重要。
常见的测试方法是将陀螺仪安装在一个可以自由转动的平台上，然后对其进行起动和停止操作，并记录其输出值。
通过分析输出值的变化，可以评估陀螺仪的初始校准误差。
4.动态性能测试：陀螺仪在实际应用中往往需要承受各种复杂的运动和振动，在这些情况下，其动态性能是一个关键指标。
常见的方法是将陀螺仪安装在机械臂或转台上，通过控制机械臂或转台的运动来产生特定的加速度和角速度输入，然后记录陀螺仪的输出。
通过分析输出和输入之间的差异，可以评估陀螺仪的动态性能。
5.稳定性和重复性测试：陀螺仪的稳定性和重复性是指其在多次测量中输出值的一致性。
为了测试陀螺仪的稳定性和重复性，常见的方法是对同一角度或角速度进行多次测量，并计算其平均值和标准偏差。
通过分析平均值和标准偏差的变化，可以评估陀螺仪的稳定性和重复性。
综上所述，陀螺仪的检验方法包括环境温度测试、角速度精度测试、初始校准误差测试、动态性能测试以及稳定性和重复性测试。
惯导实验报告——帅哥队
惯性导航实验报告——陀螺运动特性的研究实验小组：111711班第四小组学号：-依次对应学号：王瑞捷廖旭博周林高硕赵大年指导老师：惯导实验——陀螺特性的研究一、实验目的1、通过四个不同的小实验了解陀螺仪的运动特性2、了解什么是陀螺的进动性3、了解什么是陀螺的定轴性4、了解什么是陀螺的陀螺力矩二、实验内容1、实验一将高速旋转的陀螺转子放在插座上，观察并记录现象和分析原因。
2、实验二将高速旋转的陀螺转子竖放在转盘上，观察并记录现象和分析原因。
3、实验三将高速旋转的陀螺转子放在倾斜导轨上使之下滑，观察并记录现象和分析原因。
4、实验四将高速旋转的陀螺系统放在插座上，分开内外轨使之相互垂直，再分别转动内外轨，观察并记录现象和分析原因。
三、实验记录及原理说明实验一1、看到的现象，体现了什么特性？现象:可以看见陀螺转子呈锥形左右缓慢转动。
特性:体现了陀螺的进动性。
2、陀螺转速降低后，观察到的现象及原因？现象：当陀螺的转速逐渐减慢时，锥形的角度开始变大，且其进动角速度变大。
原因：由于陀螺受到摩擦力的作用，其转速会逐渐降低，即陀螺的角动量H变小，而外力矩不变。
由M=×H······M=*H*sin 可知,此时陀螺的进动角速度会变大，锥形角度也变大。
3、手提陀螺转子的感受及原因分析？感受：当我们想把高速旋转的陀螺放到转动插座上时，手明显能感受到陀螺的“力”反作用于我们的手。
原因：这是因为高速旋转的陀螺在受到外力矩的时候，陀螺进动，此时陀螺存在一个反作用力矩（即陀螺力矩），其大小与外力矩相等，方向与之相反，并作用于给陀螺仪施加外力矩的物体上，即我们的手。
实验二1、转盘与转子的转动方向是否一致？原因？答：可以看见陀螺转子与转盘一起转动，方向一致。
原因:转盘与转子转动方向一致表现了高速旋转的陀螺有很好的定轴性。
另外，在第一段实验中我们说明了陀螺具有陀螺力矩，本实验中竖直放在转盘上的转子与转盘之间存在微小摩擦力，转盘对转子有一个摩擦力矩，因此转子对转盘有一个大小相等方向相反的陀螺力矩。
科学小实验和简单的原理
科学小实验和简单的原理科学小实验是指通过实际操作来观察和验证科学原理的一种方法，通过这种方法可以让学生更加直观地理解科学知识。
下面我将介绍一些常见的科学小实验以及简单的原理。
一、陀螺实验：材料：一个陀螺、一个会旋转的台盘。
操作：将陀螺放在旋转的台盘上，并拉动陀螺的弦使其旋转起来。
结果：陀螺在旋转的台盘上保持平衡，不会倒下。
原理：陀螺保持平衡的原理是陀螺的自旋力和重力之间的平衡。
当陀螺开始旋转时，陀螺的自转产生的角动量和陀螺的重力产生的力矩相互平衡，使得陀螺保持平衡。
二、果汁灯泡实验：材料：一个柠檬或橙子、一块炭块、一块铜片、两根金属导线。
操作：将柠檬或橙子切开，将炭块插入柠檬中，再将铜片插入柠檬另一侧，最后用金属导线连接炭块和铜片。
结果：灯泡亮起来。
原理：柠檬中的果汁中含有酸性物质，而炭块和铜片分别作为阴阳极，构成了一个简单的电池。
当金属导线连接炭块和铜片时，电流就会通过导线流动，使得灯泡发光。
三、纸巾吸水实验：材料：一张纸巾、一杯水。
操作：将纸巾放入水中，让纸巾完全浸湿。
结果：纸巾迅速吸水，水分从杯子中被吸进纸巾中。
原理：纸巾吸水的原理是毛细现象。
纸巾的纤维结构具有许多微小的细孔，当纸巾与水接触时，水会通过纤维细孔的毛细力逐渐上升，最终被纸巾完全吸收。
四、胡萝卜电池实验：材料：一个胡萝卜、一个镀锌铁丝、一个铜片、两根金属导线。
操作：将胡萝卜削成圆柱状，分别将镀锌铁丝和铜片插入胡萝卜中，再用金属导线连接铁丝和铜片。
结果：电流通过导线流动，胡萝卜电池产生电能。
原理：胡萝卜电池的原理与果汁灯泡实验类似，胡萝卜的汁液中含有酸性物质，而镀锌铁丝和铜片分别作为阴阳极，构成了一个简单的电池。
当金属导线连接铁丝和铜片时，电流就会通过导线流动，使得电能被产生。
通过以上几个科学小实验，我们可以看到简单的日常物品配合一些基本物理原理，就可以进行有趣的科学实验，并且能够通过实验结果更直观地理解科学原理。
这些实验不仅能够培养学生的实践能力，还能够激发他们对科学的兴趣，加深科学知识的理解。
亲子科学实验教案之有趣的转动
亲子科学实验教案之有趣的转动在生活中，转动是一个比较常见的现象，如地球的自转、风扇的旋转等等。
那么，我们是否可以通过科学实验来探讨转动现象呢？今天，我将为大家介绍一种有趣的转动实验——旋转的陀螺实验。
一、实验材料陀螺、木棒、尺子、剪刀、指甲油、胶带二、实验步骤1、剪一段约30cm的木棒，用指甲油涂在一端，并在涂过指甲油的末端立刻竖直固定一枚陀螺。
2、把剩下的木棒分为两段，其中一段留约15cm，另一段约10cm，用胶带固定在一起，成为一个"T"字形的支架。
3、用剪刀在这个支架的横杆中间开一个大约4mm x 4mm的小洞。
4、把陀螺的顶端嵌入这个小洞中，并将它握紧。
5、用尺子测定陀螺旋转时的角速度（也就是陀螺每秒钟在垂直于陀螺的轴线上旋转的圆周的弧度）。
三、实验原理陀螺实验的原理，是因为陀螺的自行定向（也就是受轴扭力的影响，陀螺会沿着自己的轴线旋转，而不是从斜放的位置倒下），使得支点较靠近陀螺的顶端，而不是尾部，从而使得陀螺旋转稳定，保持方向。
四、实验结果实验结果表明，在唯一一点支撑的条件下，陀螺能够保持自己轴线上的旋转方向和相对稳定的角速度，这种稳定性在实际应用中有很大的价值。
五、实验总结陀螺实验充分体现了转动的基本原理和物理规律，并且有趣、有教育意义。
通过这个实验，孩子们可以深入了解轴扭矩的作用，了解转动稳定性和方向变化的规律，这对于培养孩子们的科学思维、想象力和创造力有很大的帮助。
除此之外，这个实验还可以帮助家长与孩子们建立更紧密的亲子关系。
家长可以利用这个有趣的实验，在教育孩子们的同时，与孩子们一起参与实验，共同创造美好的童年回忆。
希望家长们能够积极参与亲子科学实验，为孩子们创造一个充满好奇与探索的学习环境。
让我们共同努力，让孩子们在快乐中成长，收获更多的智慧和乐趣！。
(整理)摆式陀螺寻北仪力矩器和力矩测量
摆式陀螺寻北仪的力矩测量方法和力矩器设计问题2000.01.03.声明以下大部分是本人观点，可能是错误的！1摆式陀螺寻北仪及其力反馈测量悬挂摆式陀螺寻北仪是目前使用最广的一种陀螺寻北系统。
它能在几十分钟到几分钟内准确地测定出天文北，而不需要观测天星或地面目标。
仪器的主要部分是一个用恒弹性金属悬带自由悬吊着的陀螺房，其内部装有高速旋转的陀螺马达，马达的转轴即H 轴呈水平放置。
由于陀螺房的悬挂点在其重心下部，因而构成一个能敏感地球自转加速度水平分量的陀螺摆。
在地球自转运动的作用下H轴将绕铅垂方向作正弦摆动。
当悬带不受扭时(通常可以通过上悬带夹跟踪方法消除其扭力影响)，H 轴摆动的平衡位置即为真北方位（严格说应该是在子午面内）。
可以有许多不同的方法测得这个平衡位置，如逆转点方法（最原始的方法）、时差方法、周期积分法（十五所转给测绘所的方法）、循环阻尼方法（目前十五所在研陀螺经纬仪使用的方法）和力反馈回路测量方法等等。
为了加快寻北过程和提高寻北精度,国外新一代摆式寻北仪普遍采用了加矩控制和力矩测量（即力反馈）技术.与ALINE 寻北仪使用的H 轴慢速北向逼近方法不同，力反馈寻北测量方法不是使H 轴逼近北而是在力反馈回路控制之下使H 轴停留在粗寻北结束时的偏北位置上，在此位置上测量出用以平衡陀螺指北的力矩值并根据测量值推算偏北角以此加快精寻北过程。
此时不存在循环逼近方法中存在的剩余死区。
所谓力反馈回路，是通过一个力矩伺服控制回路控制的力矩器为陀螺施加与陀螺指北力矩相互平衡的力矩，力矩器的控制电流正比于平衡力矩的大小。
因此陀螺指北力矩的测量被转化为力矩器控制电流的测量。
也可以说此时将原来的自由陀螺陀螺（或称位置陀螺）变成速率陀螺了。
为了滤除随机干扰，通常经过对力矩电流进行积分或者数字滤波处理获得平均电流值。
在忽略H 轴的微小倾角和干扰力矩的情况下可得到简化力矩平衡方程:Ne T T T H I K M idt T K M αλωsin cos 1101⋅=⋅=⋅=⎰ (1) 式中K T 为力矩器系数。
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陀螺力矩测定实验
一、实验目的
1、通过实验了解陀螺力矩产生的原因，以及在工程中的应用；
2、理解陀螺力矩产生的规律。
二、实验内容
在以旋转的平台上（非惯性参考系）装置一高速转子作匀速转动，其转速为Ω，给旋转平台一个转动的角速度ω，由于陀螺力矩的作用，转子的轴承上产生衣附加的动压力，用传感器测量该动压力的大小。
1、高速转子恒速Ω转动，实验平台在恒速ω旋转下，测量此时的陀螺力矩；
2、高速转子恒速Ω转动，实验平台在摆动ω旋转下，测量此时的陀螺力矩。
三、实验仪器设备
1、单轴气浮动力学仿真平台
2、陀螺力矩实验装置
3、动态应变仪
4、应变传感器
四、实验原理
任何绕对称轴高速旋转的转动物体，当对称轴被迫使在空间改变方向，必然产生陀螺力矩作用在迫使转轴改变方向的物体上，这种效应成为陀螺效应。
实验装置如图1所示。
简化模型如图2所示。
图1 图2
由于高速转子高速自转，转子对于对称轴OZ 的动量矩近似为Ω=Z J L 0r。
如果转子轴绕OX
轴转动的角速度为ω，且ω的陀螺力矩ω×Ω=Z J M 0，0M 的方向垂直于纸面指向外，轴承上所受压力l
M
N =
，如果转子转动角速度过大，则轴承会受到很大压力，甚至会破坏。
通过实验可以加深对工程问题的理解。
五、实验步骤
1、 使转子匀速转动，用转速表测出其转速Ω；
2、 使轴承两边力调零；
3、 使实验平台转动到恒速，测出转速ω；
4、 测出轴承的支座反力；
5、 使实验平台摆动，测出其实验曲线。
六、实验结果
利用数学工具，根据记录下的实验数据，求出计算结果。
L= J= Ω=
平台转速ω 测出转速后计算的N 直接测出的N
误差分析
七、实验报告
基座
x。