电磁陀螺
陀螺罗经指北原理
三、进动角速度与进动公式
进动角速度 :
MY ωP = H
My H ;
进动公式:
ω pz =
ω py
Mz =− H
四、赖柴尔定理(P6)： 外力矩 = 动量矩矢端的线速度 即:M=up 结论：表示为当外力矩作用的方向与 动量矩的方向垂直时，在动量矩矢端 将产生一个线速度，该线速度的大小 与外力矩相等，方向与外力矩的方向 相同
阻尼的目的 将等幅运动变为减幅运动，最后衰减 至子午面上的某个稳定位置，以实现 稳定指北。 阻尼的方法 压缩长轴法——水平轴阻尼法 压缩短轴法——垂直轴阻尼法
水平轴阻尼法
1.定义：由阻尼设备产生水平轴的阻尼力矩以实 现阻尼的方法。 2.原理： •要求阻尼力矩引起的进动线速度（u3)总是指向 子午面 •在第1和第3象限内,主轴指北端抵达子午面时高 度角θ减幅<θ等幅 ;在第2和第4象限内,主轴指北端 到达水平面时α减幅<α等幅。渐次衰减至稳定位置r
二、陀螺仪的两个特性
1.定轴性：不受任何外力矩作用 的自由陀螺仪的主轴将保持其 初始空间方位不变。（即惯性 空间） 2.进动性：在外力矩M的作用 下，3自由度陀螺仪主轴动量矩 H矢端将以捷径趋向外力矩M矢 端作进动。（H→M） ¾角速度ω ¾动量矩H=Jω ¾外力矩M=r＊F ¾右手定则
FHale Waihona Puke F1图1－14图1－15
主轴在方位上的变化
主轴在高度上的变化
地球自转角速度的水平分量和垂直分量 在北纬任意纬度处，可以将地球自转角速 度分解到ON轴和OZ0轴上，得到两个 分量ω1和ω2，在ON轴上的ω1称为水 平分量，在OZ0轴上的ω2称为垂直分 量。 ⎧ω1 = ω e cos ϕ 显然，在北纬 ⎨ω = ω sin ϕ
陀螺仪
【规格】
1. 外形尺寸：26mm*24mm*9mm
2. 重量：12g
3. 工作电压和电流：DC 4.5-6.5V，工作电流≈50mA，最大电流<100mA
4. 适用舵机：模拟舵机（频率 50Hz）、数码舵机（频率 333Hz），舵机中点 1520us
1
User Manual of Gyro G3
Doc Ver. HW-100A-G3-091228 Page 2 of 7
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User Manual of Gyro G3
【各种工作模式下 LED 的状态】
在不同模式下，陀螺仪面板上最右侧的 LED #S 的状态不同。如下表所示（LED 序号请
参见第 2 页的图示）。
【免责声明】 模型运动本身具有一定的风险，该运动要求玩家具有一定的专业知识和技能。本产品在
设计时已经采取多重安全保护措施，但设备的工作环境和条件差别很大，无法完全预计。我 们强烈建议您尽可能为设备提供良好的安装和运行条件， 确保供电以及控制信号的稳定可 靠， 确认飞行场地的安全。 本公司不承担因使用陀螺仪而造成的直接及间接损失。本产品 一经拆封使用，视同您已认可以上全部条款。
警告：陀螺仪通电前，请务必将遥控器置为方向锁定模式，否则陀螺仪无法正常工作。 4. 一些老款或者简易的遥控器上可能没有陀螺仪感度值设置的选项，此时可以通过调整感
度通道行程量（ATV）控制陀螺仪的敏感度。 以下范例使用 Futaba FF6 遥控器，进入通道行程量（ATV）的功能项，分别设定
CH5（感度通道）的 ATV 为一般飞行模式（陀螺仪处于方向锁定模式，陀螺仪敏感度 72%，CH5 开关扳向前方）及 Idle 飞行模式（陀螺仪处于普通模式，陀螺仪敏感度 54%， CH5 开关扳向后方）。使用 CH5 开关切换陀螺仪的敏感度。 注意： 使用 CH5 开关切换陀螺仪的敏感度时，无法同时将一般飞行模式和 Idle 飞行模 式设置为方向锁定模式，CH5 开关必须是一侧为方向锁定模式，一侧为普通模式，而且 方向逆转（REVERSE）功能项中的 CH5 需设置为 NORM （即 NORMAL）。
电磁旋转陀螺球的原理
电磁旋转陀螺球的原理
电磁旋转陀螺球是一种利用电磁力旋转运动的玩具。
其原理是通过电动机产生旋转力，将力传递给陀螺球上的轴承，使陀螺球开始旋转。
具体原理如下：
1. 电磁场产生：电磁旋转陀螺球内部有一个电动机，电动机通过导线与电源连接，形成一个电回路。
当电流通过导线时，会在导线周围产生一个磁场。
2. 磁场与永磁体互作用：陀螺球内部还有一个永磁体，当电流通过导线时，导线周围的磁场与永磁体产生相互作用。
由于磁力的存在，永磁体受到一个力矩，开始旋转。
3. 力矩传递给陀螺球：永磁体旋转时，其产生的力矩通过轴承传递给陀螺球的转轴上。
由于轴承的存在，力矩能够使陀螺球开始旋转。
4. 保持旋转运动：一旦陀螺球开始旋转，它将因为旋转的动量而保持旋转运动，除非外部施加其他的力或摩擦力使其停止旋转。
总结来说，电磁旋转陀螺球利用电动机产生的电磁力将转动力传递给陀螺球内的轴承，从而使陀螺球开始旋转。
光学陀螺原理(完整版)
为了理解X效应，可以考虑一个简单的“理想”圆形光路的情形 。
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X 效应
简单的“理想”圆形光路
相对惯性空间没有转动的闭合光路 中相向传播的两束光状态：光波在注入 点M处被分成两束沿闭合光路相向传播 的光波，由于其走过的光程长度相同， 当它们返回到注入点时，其相位相同， 即相位差为“0”。
激光陀螺研制和生产现状
目前世界上研制和生产激光陀螺的国家主要有美、英、德、法、日本 和俄罗斯。美国的霍尼韦尔和利顿公司最具实力，特别是霍尼韦尔公 司代表着全世界激光陀螺技术的最高水平，世界上激光陀螺主要来自 霍尼韦尔公司，其次有部分产品来自利顿公司。
Ka 输入加速度的扭转系数，与摆性有关
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内容回顾—摆式加速度计的力学模型
摆式加速度计的力学模型
s As
Js2
Ka cs k
s2
Ka J 2n
n2
n
k J
c
2 kJ
只要能把敏感质量在敏感轴方向相对壳体的角位移测出来，就 可以得到加速度a.
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内容回顾—石英挠性加速度计
石英挠性加速度计是具有国际先进水平的新型高级传 感器。它精度高、长期稳定性好、体积小巧，是对加 速度、速度、距离、摇摆、振动、倾斜等物理量敏感、 测量、控制方面的换代产品。 石英挠性加速度计由传感表头组件和伺服电路组件两 部分组成。
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内容回顾—石英挠性加速度计
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X 效应
陀螺罗经
T0 2
H 2 Me cos
H
M1
等幅摆动周期T0与罗经结构参数H、M及船舶所在 地理纬度φ关,而与主轴起始位置无关α当罗经结构 参数H、M确定后, T0随纬度增高而增大。
为了消除摆式罗经的第一类冲击误差,在罗经设计纬度φ0上必须使T0=84.4min, 此时的T0。称之为舒拉周期。
ζ
地理坐标系与空间坐标系
η
ξ
N W
Z
图1－9
陀螺坐标系与地理坐标系
Z Y
图1－10
2．两个夹角的定义 （1）方位角α：
主轴OX与子午面的水平夹角，规定偏西为正。 （2）高度角θ：
主轴OX与水平面的垂直夹角，规定偏下为正。
3.主轴变化的投影图示法
H（东） 图1－11
第二节 自由陀螺仪在地球上的视运动
特点：与罗经结构参数和船舶所在地理纬度有关，且在纬度
一定时， （3）稳定位置：
r r
0
H 2
M C
｛ 物理意义 : u2= V2+ u3 V1=0
（4）罗经的稳定时间：罗经从起动到其指向精 度满足航海精度要求(土1°)所需的时间。 大约为2.5 TD＝3h 45min
下重式罗经与上重式罗经的比较
液体连通器产生的重力控制力矩与下重式陀螺 球产生的重力控制力矩指向刚好相反，而二 者的动量矩H指向正好相反,所以两者陀螺仪 主轴指北端(OX轴正向)进动的规律相同
摆式罗经等幅摆动
图1－27
等幅摆动周期
主轴指北端作椭圆摆动一周所需的时间称为 等幅摆动周期（或称椭圆运动周期、无阻尼 周期）。其大小为
下重式罗经的减幅摆动
1 ．下重式罗经的阻尼力矩
（1）结构：在陀螺球上部加设一个油液阻尼器
自制磁悬浮陀螺原理
自制磁悬浮陀螺原理
自制磁悬浮陀螺的原理主要是利用了交变磁场。
首先需要制作一个电磁铁，通过改变电流方向来变化磁极。
将直径约为1毫米的漆包线紧密缠绕在一块边长与底座磁铁相当的铁片上，这样在有磁场通过的情况下，铁这种可磁化的物质可以产生一个相当强的磁场。
接通电源后，慢慢地增加给L298N的供电电压，用手把陀螺放在稳定悬浮的位置。
如果能感受到震动，那就表明磁场在起作用了。
此时再尝试把陀螺悬浮起来，当它的转速和驱动磁场的交变频率接近时，就能看到悬浮的陀螺左右摇晃得厉害，远比没有交变磁场时要剧烈，这是交变磁场对陀螺进行“锁频”的一个过程。
如果锁频成功，陀螺就能永远保持固定的转速，悬浮在空中了。
以上内容仅供参考，建议查阅关于磁悬浮陀螺的书籍或咨询专业人士获取更准确的信息。
陀螺仪概述
4.1 陀螺仪概述鱼雷控制系统的任务是根据战术指标对鱼雷的运动参数加以控制，使其按所要求的规律进行变化。
要实现对精度控制，就需要对鱼雷运动参数进行高精度的完整测量，因此对鱼雷运动参数的测量就成了实现与控制的前提件的作用就是对鱼雷的运动参数进行测量。
通常用航向陀螺测量航向角ψ，用垂直陀螺或摆式加速度计测量水平用单自由度速率陀螺测量，用压力传感器测量深度。
基于惯性敏感元件和实时计算技术的捷联式惯提供包括速度和位置信息在内的完整的鱼雷运动参数，是惯性技术在鱼雷上应用的新发展。
本章以陀螺仪为主，和惯性导航技术的基本概念，惯性敏感元件和压力传感器的原理，以及这些敏感元件在鱼雷上的应用技术。
4-1 陀螺仪概述所谓陀螺，从力学的角度讲是指绕自己的对称轴高速旋转的对称物体。
一个高速旋转的物体具有很大的角动现出出乎人们预料的，也是十分有趣的运动现象。
这些特性被人们用来感测角运动，则产生了陀螺仪这种装置。
供实用的陀螺仪，人们进行了长期探索，使陀螺仪技术不断发展，应用领域也愈来愈广。
今天，陀螺技术已发展成一个综合性的尖端领域，陀螺仪的精度有了极大的提高，除了传统的框架支承转子出现了许多新型陀螺，如液浮陀螺、静电陀螺、挠性陀螺、激光陀螺、光纤陀螺等。
以陀螺为核心的稳定平台和迅速广泛应用。
鱼雷控制是最早实现陀螺仪工程应用的领域之一。
早在1879年，鱼雷发展的初期，俄国科学家阿·什帕科夫用陀螺仪来控制鱼雷运动方向的设想。
但由于当时技术水平的局限，直到1894年才出现了第一种实用的工程方压缩弹簧驱动的陀螺仪，由于能量的限制，这种陀螺仪只能稳定地工作3～。
在发明了气动陀螺仪之后，向控制趋于成熟。
现代鱼雷的大航程、高机动性和精确制导技术的发展给陀螺仪技术提供了一个前景广阔的应用领域。
现代鱼向要用陀螺测量外，制导精度的要求使得必须对鱼雷的横滚和俯仰角加以控制，因此需采用垂直陀螺或加速度计角。
为了改善控制系统的稳定性和动态性能，通常采用了单自由度速率陀螺仪引入角速率反馈。
陀螺罗经
20世纪70年代，伴随着光纤通信技术的发展，光纤传感技术也迅速发展起来。
该技术是以光波为载体，光纤为媒质，感应和传输外界被测量信号的新型传感技术，以独特的优良性能赢得极大的重视，并在各个领域中广泛应用。
光纤陀螺技术是光纤传感技术的一个特例，是利用光学传输特性而非转动部件来感应角速率和角偏差的惯性传感技术。
1 光纤陀螺的结构按照元器件类型，光纤陀螺分为分立元件型、集成光学型和全光纤型。
由于分立元件型光纤陀螺存在体积较大、可靠性较差、误差较大等缺点，现在世界各国都已停止发展。
集成光学型光纤陀螺将主要光学元件如耦合器、偏振器、调制器都集成在一块芯片上，将光纤线圈、光源、检测器接在芯片适当的位置，就构成了实用的集成光学型光纤陀螺。
从光纤陀螺的发展方向来看，集成光学型光纤陀螺是最有发展前途的光纤陀螺形式。
全光纤陀螺是将主要的光学元件都加工在一条保偏光纤上，从而可以避免因元器件连接造成的误差。
目前，全光纤陀螺技术比较成熟，其性能在三种中最好，适合在现阶段研制实用的商品光纤陀螺。
根据干涉型光纤陀螺的信号检测方式的不同，可以分为开环式和闭环式两大类。
开环式光纤陀螺直接检测干涉条纹的相移，因而动态范围较窄，检测精度较低。
闭环式系统采取相位补偿的方法，实时抵消萨格奈克相移，使陀螺始终工作在零相移状态，通过检测补偿相位移来测量角速度，其动态范围大，检测精度高。
此外，闭环式光纤陀螺对环境尤其是对振动不敏感，是研制高精度光纤陀螺仪的理想形式。
开环式全光纤陀螺是中低精度、低成本光纤陀螺中比较流行的结构。
目前，在中高精度光纤陀螺仪领域，最为流行的设计结构为全数字闭环式光纤陀螺仪。
光纤陀螺示意图2 光纤陀螺的特点光纤陀螺的主要特点是：①无运动部件，仪器牢固稳定，耐冲击且对加速度不敏感；②结构简单，零部件少，价格低廉；③启动时间短(原理上可瞬间启动)；④检测灵敏度和分辨率极高；⑤可直接用数字输出并与计算机接口联网；⑥动态范围极宽；⑦寿命长，信号稳定可靠；⑧易于采用集成光路技术；⑨克服了因激光陀螺闭锁现象带来的负效应；⑩可与环形激光陀螺一起集成捷联式惯性系统传感器。
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电磁陀螺--电路图
R2 2 0 R1 1 0 0
电 池 3V
发光二极管
电感线圈
L
LED
干簧管
3个并联电路，2条串联电路
串联电路
串联电路定义： 从电流正极出发， 把用电器逐个顺次 连接起来，回到电 流负极，称为串联 电路。
串联电路的特点
①电流只有一条通路。②开关控制整个电路。③各用电器相 互可以影响。
还有哪些陀螺呢？
并联电路
定义：把电路中的元 件并列的连接到电路 中的两个点，电路中 的电流分为几个分支， 分别流经几个元件的 连接方式，称为并联 电路 二、并联电路的特点
①电路有若干条通路。②干路开关控制所有的用电器，支路 开关控制所在支路的用电器。③各用电器相互无影响。
历史悠久的陀螺
传统的古陀螺大致是木 或铁制的倒圆锥形， 现代 已有各式各样的材质与形 状出现。 中国是陀螺的老 家。陀螺在我国最少有四、 五千年的历史。
电磁陀螺
有趣的电磁陀螺
它是怎样转起来的？
有趣的实验（一）
1.去掉磁铁会怎么样？
有趣的实验（二）
2.磁铁同向摆放?
有趣的实验（三）
3.磁铁异向摆放？
有趣的实验（四）
4.去掉铁芯？
有趣的实验（五）
5.改变线圈匝数？
有趣的实验（六）
6.干簧管用导线代替干簧管？
总结回顾
工作原理： 电路安装正确，当干簧管、陀螺上的磁 铁、电感线圈在同一直线上，陀螺里的磁铁使干簧管 的接触点闭合， 电路导通； 当陀螺里的磁铁与电感线 圈平行， 干黄管的接触点断开， 电路也断开，电感线 圈磁场消失，但是由于惯性陀螺继续前行，从而做循 环运动