什么是陀螺仪
飞机陀螺仪原理

飞机陀螺仪原理
飞机陀螺仪是一种用于测量和保持飞机姿态的重要仪器。
其原理基于刚体力学和陀螺效应。
陀螺效应是指当旋转体受到外力作用时,会产生垂直于转动轴的力的现象。
飞机陀螺仪利用这一效应来测量和维持飞机的方向和角度。
飞机陀螺仪通常由陀螺仪旋转部分和感应部分组成。
旋转部分是一个高速旋转的陀螺,其转动轴与飞机的纵轴平行。
感应部分则通过与陀螺相连的机械装置将陀螺的旋转转化为指示仪上的角度。
当飞机发生姿态变化时,陀螺会受到力的影响而产生陀螺效应。
这会使得陀螺的旋转轴发生偏离,进而改变感应部分的位置。
感应部分则会将这个位置的变化转化为指示仪上的角度变化,从而显示飞机的姿态。
飞机陀螺仪的工作原理是基于惯性导航的概念。
陀螺仪不受外部力的影响,只受到飞机的姿态变化所产生的力的作用。
因此,它具有较高的精度和可靠性。
总的来说,飞机陀螺仪的原理是利用陀螺效应来测量和维持飞机的姿态。
通过感应部分将陀螺旋转的角度转化为指示仪上的角度变化,飞行员可以准确地了解飞机的姿态情况,从而做出相应的操作。
手机陀螺仪原理

手机陀螺仪原理手机陀螺仪是一种重要的传感器,它可以感知手机的旋转角度,为手机提供重要的方向信息。
在现代手机中,陀螺仪已经成为了不可或缺的组成部分,它为手机的各种功能提供了重要的支持。
那么,手机陀螺仪是如何工作的呢?本文将从手机陀螺仪的原理入手,为大家详细解析手机陀螺仪的工作原理。
手机陀螺仪是基于陀螺效应的原理工作的。
陀螺效应是指当陀螺体发生转动时,其转动轴的方向会发生变化的物理现象。
手机陀螺仪利用了这一原理,通过测量手机内部陀螺仪的转动来确定手机的旋转角度。
具体来说,手机陀螺仪内部包含了一个转动的陀螺体,当手机发生旋转时,陀螺体也会产生相应的转动,通过测量这种转动的变化,就可以确定手机的旋转角度。
手机陀螺仪通常由微机电系统(MEMS)陀螺仪组成。
MEMS陀螺仪是一种微型化的陀螺仪,它采用微机电系统技术制造,具有体积小、功耗低、响应速度快的特点。
在手机中,MEMS陀螺仪通常由微型的振动陀螺体和传感器组成,通过测量振动陀螺体的转动来确定手机的旋转角度。
手机陀螺仪的工作原理可以简单描述为,当手机发生旋转时,陀螺体也会产生相应的转动,传感器会检测到陀螺体的转动并将其转化为电信号,经过处理后就可以得到手机的旋转角度。
这样,手机就可以根据陀螺仪提供的信息来调整屏幕方向、实现游戏操作、进行虚拟现实体验等功能。
除了在手机中应用,陀螺仪在航空航天、导航系统、惯性导航等领域也有着广泛的应用。
在航空航天领域,陀螺仪可以用于飞行器的姿态控制、导航定位等;在导航系统中,陀螺仪可以用于车辆导航、惯性导航等。
可以说,陀螺仪作为一种重要的传感器,在现代科技领域有着广泛的应用前景。
总之,手机陀螺仪是一种基于陀螺效应原理工作的传感器,它可以感知手机的旋转角度,为手机提供重要的方向信息。
通过测量陀螺体的转动来确定手机的旋转角度,手机陀螺仪在手机、航空航天、导航系统等领域都有着广泛的应用。
希望本文对大家理解手机陀螺仪的原理有所帮助。
陀螺的原理是什么

陀螺的原理是什么
陀螺,又称陀螺仪,是一种利用陀螺效应来测定方向、保持平衡或稳定航行的装置。
那么,陀螺的原理是什么呢?接下来,我们将从物理学角度来解释陀螺的原理。
首先,我们需要了解什么是陀螺效应。
陀螺效应是指当一个陀螺体受到外力作用时,它会产生一个垂直于外力方向的附加力,使得陀螺体产生旋转运动的现象。
这是由于陀螺体的角动量守恒导致的。
在没有外力作用时,陀螺体的角动量大小和方向保持不变。
当外力作用时,陀螺体会产生一个附加的角动量,使得陀螺体发生旋转运动,这就是陀螺效应的基本原理。
其次,陀螺的原理是基于角动量守恒定律的。
根据角动量守恒定律,一个物体的角动量在没有外力作用时保持不变。
而陀螺正是利用了这一原理。
当外力作用于陀螺体时,陀螺体会产生一个附加的角动量,使得陀螺体产生旋转运动。
而在没有外力作用时,陀螺体会保持稳定,不受外界干扰。
此外,陀螺的原理还与陀螺体的结构和运动方式有关。
一般来说,陀螺体通常由一个旋转的转子和一个固定的支架组成。
当转子
旋转时,由于陀螺效应的作用,转子会产生一个附加的角动量,使
得陀螺体产生旋转运动。
而支架的存在可以保持陀螺体的稳定,使
得陀螺可以用来测定方向或保持平衡。
总的来说,陀螺的原理是基于陀螺效应和角动量守恒定律的。
通过利用陀螺效应,陀螺可以用来测定方向、保持平衡或稳定航行。
同时,陀螺体的结构和运动方式也对陀螺的原理起着重要的作用。
希望通过本文的介绍,能够让大家对陀螺的原理有一个更加清晰的
认识。
陀螺旋转的原理应用是什么

陀螺旋转的原理应用是什么1. 陀螺的基本原理陀螺是由一个旋转的轴支撑,可以保持平衡并维持自身的旋转稳定性。
它基于物理定律,利用转动动量和角动量守恒的原理来实现平衡。
2. 陀螺的原理应用陀螺的原理应用十分广泛,以下是几个常见的应用:2.1 陀螺罗盘陀螺罗盘是基于陀螺原理实现的指南针装置。
陀螺罗盘利用陀螺在自身旋转时的稳定性,可以指示地球上的真北方向。
这种指南针不会受到电磁干扰或地理位置变化的影响,因此在航海和航空领域得到广泛应用。
2.2 陀螺陀螺玩具陀螺玩具是一种非常受欢迎的娱乐工具,基于陀螺的原理。
通过将陀螺置于一定的力下,陀螺会产生旋转,并保持平衡状态。
玩家可以尝试通过手指或指尖的动作来控制陀螺的旋转轨迹和平衡状态,从而获得乐趣和挑战。
2.3 陀螺稳定器陀螺稳定器是一种利用陀螺原理来保持物体平衡的装置。
在需要保持平衡的设备或工具中,可以使用陀螺稳定器来增加稳定性。
例如,在自行车、滑板车等交通工具中,可以使用陀螺稳定器来提供额外的稳定性,减少倾覆的风险。
2.4 陀螺仪陀螺仪是一种以陀螺为基础的测量设备。
它利用陀螺的旋转稳定性来检测和测量物体的旋转状态。
陀螺仪在导航、航空航天、无人机等领域得到广泛应用。
它可以用来测量和记录飞行器的姿态和转向,从而实现精确的导航和控制。
2.5 陀螺效应的物理实验陀螺效应是陀螺旋转时产生的一种奇特效应,即陀螺轴的方向会发生变化。
这一效应在物理实验中经常被用来研究角动量和动力学。
通过将陀螺置于不同的条件下进行实验,可以观察和研究陀螺效应的特性和变化规律。
3. 结论陀螺旋转的原理应用非常广泛,包括陀螺罗盘、陀螺玩具、陀螺稳定器、陀螺仪以及物理实验等。
这些应用都是基于陀螺的旋转稳定性和角动量守恒原理设计的。
随着科学技术的不断发展,陀螺原理应用的范围还将不断扩大,为我们的生活和科学研究带来更多的便利和可能性。
参考文献: - Smith, C. L. (1991). Gyroscopes: Theory and Design. SPIE Press. - Ryan, T. B. (2016). Gyroscopes and Accelerometers: Principles and Design. CRC Press.。
陀螺仪原理

陀螺仪原理
陀螺仪是一种利用陀螺效应来测量和维持方向的仪器。
它的原理基于物体的角
动量守恒定律,通过旋转的陀螺来感知方向的变化。
陀螺仪的原理在航空航天、导航系统、惯性导航等领域有着广泛的应用。
首先,我们来了解一下陀螺效应。
当一个陀螺体在外力作用下发生偏转时,它
会产生一个与偏转方向垂直的陀螺力,这就是陀螺效应。
这个效应是由于陀螺体旋转时角动量守恒的结果,使得陀螺体在偏转时保持一定的方向,这就是陀螺仪原理的基础。
其次,陀螺仪的工作原理是通过测量陀螺体的角速度来确定方向。
当外部力使
得陀螺体发生偏转时,陀螺仪会感知到这个偏转,并通过测量陀螺体的角速度来确定偏转的方向和大小。
这样就可以实现对方向的测量和维持,使得陀螺仪可以在航空航天、导航系统等领域发挥重要作用。
陀螺仪的原理还可以通过惯性导航系统来加以应用。
惯性导航系统是一种利用
陀螺仪和加速度计来测量和维持方向的导航系统。
通过测量陀螺仪和加速度计的数据,可以确定物体的位置和方向,从而实现导航和定位的功能。
总的来说,陀螺仪的原理是基于陀螺效应和角动量守恒定律,通过测量陀螺体
的角速度来确定方向。
它在航空航天、导航系统、惯性导航等领域有着广泛的应用,可以实现对方向的测量和维持,是一种非常重要的仪器和技术。
惯性技术、陀螺仪、加速度计

惯性技术与惯性器件简介惯性技术与惯性器件简介●惯性技术简介1.什么是惯性技术2.惯性技术基本概念3.基本惯性器件4.惯性导航特点●陀螺仪简介1.什么是陀螺仪2.陀螺仪的特性3.常用陀螺仪的指标及其意义4.常见陀螺仪的种类及特点●加速度简介1.什么是加速度计2.加速度计的特性3.常用加速度计的指标及其意义4.常见加速度计的种类及特点一惯性技术简介一惯性技术简介1.什么是惯性技术2.惯性技术基本概念3.基本惯性器件4.惯性导航特点什么是惯性物体在不受外力或所受外力平衡的条件下,维持原有运动状态(静止或匀速直线运动)不变的特性。
牛顿三大定律(惯性、加速度、作用力与反作用力)。
惯性定律成立的空间为惯性空间。
经典力学认为,要选取一个绝对静止或作匀速直线运动的参考坐标系来考察加速度,牛顿第二定律才能成立。
在研究惯性敏感器件和惯性系统的力学问题时,通常将相对恒星所确定的参考系称为惯性空间,空间中静止或匀速直线运动的参考坐标系为惯性参考坐标系。
●宏观、绝对、静止或匀速直线运动●以太●恒星●相对惯性空间稳定●指向惯性空间某点北NS●地磁北●真北●地理北地球坐标系如右图所示。
其原点取在地心;轴沿极轴(地轴)方向;轴在赤道平面与本初子午面的交线上;轴在赤道平面上,与构成右手直角坐标系。
e e e z y ox e z e x e y e z e x 地球坐标系随地球转动。
载体坐标为经度、纬度、高度。
地球上任意点的地球坐标固定不变,但是地球坐标系相对惯性空间改变。
t t t z y ox e z 地理坐标系随载体一起线运动,不随载体角转动。
地球上任意一点的地理坐标系都不相同。
地理坐标系并不唯一,有东北天、北东地等。
地理坐标系如左图所示。
其原点位于载体所在的点;轴沿当地纬线指东;轴沿当地子午线指北;轴沿当地地理垂线指上,并与构成右手直角坐标系。
平面为当地水平面。
平面为当地子午面。
t x t y t z t x t y t t y ox t t z oy载体坐标系载体坐标系如右图所示。
陀螺仪的工作原理

陀螺仪的工作原理陀螺仪是一种用于测量和维持方向的设备,它利用陀螺效应来确定方向和角度。
陀螺仪广泛应用于航空航天、导航系统、导弹制导、船舶、汽车以及工业和科学研究领域。
它的工作原理基于物体保持自身旋转轴方向不变的物理特性。
本文将深入探讨陀螺仪的工作原理及其应用。
陀螺仪的工作原理基于陀螺效应,这是指当物体旋转时,它会保持自身的旋转轴方向不变。
这意味着当陀螺仪旋转时,它会保持自身的方向不变,即使外部环境发生改变。
陀螺仪通常由一个旋转的转子和测量装置组成。
当陀螺仪受到外部力的作用时,转子会产生一个力矩,使其保持旋转轴的方向不变。
测量装置会检测这个力矩,并将其转化为一个电信号,用于测量和控制方向。
陀螺仪可以分为机械陀螺仪和光学陀螺仪两种类型。
机械陀螺仪利用旋转的转子和机械装置来测量方向和角度。
光学陀螺仪则利用光的干涉效应来测量方向和角度。
无论是机械陀螺仪还是光学陀螺仪,它们的工作原理都是基于陀螺效应,即利用旋转的物体保持自身旋转轴方向不变的特性来测量和维持方向。
在航空航天领域,陀螺仪被广泛应用于飞行器的导航系统中。
它可以测量飞行器的姿态和角速度,帮助飞行器维持稳定飞行。
在导弹制导系统中,陀螺仪可以帮助导弹保持稳定飞行并精确命中目标。
在船舶和汽车中,陀螺仪可以用于导航和姿态控制,提高车辆的稳定性和安全性。
此外,在工业和科学研究领域,陀螺仪也被广泛应用于测量和控制系统中,帮助实现精确的测量和控制。
总之,陀螺仪利用陀螺效应来测量和维持方向,它的工作原理基于物体保持自身旋转轴方向不变的物理特性。
陀螺仪在航空航天、导航系统、导弹制导、船舶、汽车以及工业和科学研究领域都有广泛的应用。
通过深入了解陀螺仪的工作原理,我们可以更好地理解它在各个领域的应用,并不断推动其在技术领域的发展和创新。
陀螺仪、加速计和磁力计之间的区别

陀螺仪、加速计和磁力计现代移动及车载终端包含越来越多的传感器,陀螺仪、加速计、磁力计、感光器等等,从原理上讲,这些传感器的本质都是相同的,都是把外部环境变化转化为通信系统可理解的电信号的过程。
像温度计、光感器等传感器,因为功能单一非常容易理解,而陀螺仪、加速计和磁力计则因为原理及结构复杂,导致实际功能出现重叠,但又各有特点和局限性,在实际应用中很容易对其应用边界产生混淆,本文总结它们三者概念要点,如有理解错误,敬请指出。
一、陀螺仪陀螺仪(Gyroscope、GYRO-Sensor)也叫地感器,传统结构是内部有个陀螺,如下图所示(三轴陀螺),三轴陀螺仪的工作原理是通过测量三维坐标系内陀螺转子的垂直轴与设备之间的夹角,并计算角速度,通过夹角和角速度来判别物体在三维空间的运动状态。
三轴陀螺仪可以同时测定上、下、左、右、前、后等6个方向(合成方向同样可分解为三轴坐标),最终可判断出设备的移动轨迹和加速度。
也就是说陀螺仪通过测量自身的旋转状态,判断出设备当前运动状态,是向前、向后、向上、向下、向左还是向右呢,是加速(角速度)还是减速(角速度)呢,都可以实现,但是要判断出设备的方位(东西南北),陀螺仪就没有办法。
传统的陀螺仪属于机械式的,随技术发展,还有出现了振动式陀螺仪、激光陀螺仪、微机电机械陀螺仪等,无论是在体积微型化、测量精度和易用性上都有大大提高。
二、加速计加速计(Accelerometer、G-Sensor)也叫重力感应器,实际上是可以感知任意方向上的加速度(重力加速度则只是地表垂直方向加速度),加速计通过测量组件在某个轴向的受力情况来得到结果,表现形式为轴向的加速度大小和方向(XYZ),这一点又有点类似于陀螺仪,但陀螺仪的更多关注自身旋转情况(原位运动),加速计则主要是测量设备的受力情况,也就是三轴运动情况,尽管加速计也可能在某个小范围换算出角速度的可能,但设计原理决定似乎更适合于空间运动判断。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
什么是陀螺仪
陀螺仪简介
绕一个支点高速转动的刚体称为陀螺(top)。
通常所说的陀螺是特指对称陀螺,它是一个质量均匀分布的、具有轴对称形状的刚体,其几何对称轴就是它的自转轴。
由苍蝇后翅(特化为平衡棒)仿生得来。
在一定的初始条件和一定的外力矩在作用下,陀螺会在不停自转的同时,还绕着另一个固定的转轴不停
地旋转,这就是陀螺的旋进(precession),又称为回转效应(gyroscopic effect)。
陀螺旋进是日常生活中常
见的现象,许多人小时候都玩过的陀螺就是一例。
人们利用陀螺的力学性质所制成的各种功能的陀螺装置称为陀螺仪(gyroscope),它在科学、技术、军事等各个领域有着广泛的应用。
比如:回转罗盘、定向指示仪、炮弹的翻转、陀螺的章动、地球在太阳(月球)引力矩作用下的旋进(岁差)等。
陀螺仪的种类很多,按用途来分,它可以分为传感陀螺仪和指示陀螺仪。
传感陀螺仪用于飞行体运动的
自动控制系统中,作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器。
指示陀螺仪主要用于飞行状态的指示,
作为驾驶和领航仪表使用。
陀螺仪原理
陀螺仪的原理就是,一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时,是不会改变的。
人们根据这
个道理,用它来保持方向,制造出来的东西就叫陀螺仪。
我们骑自行车其实也是利用了这个原理。
轮子转
得越快越不容易倒,因为车轴有一股保持水平的力量。
陀螺仪在工作时要给它一个力,使它快速旋转起来,一般能达到每分钟几十万转,可以工作很长时间。
然后用多种方法读取轴所指示的方向,并自动将数据信
号传给控制系统。
现代陀螺仪
现代陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器,它是现代航空,航海,航天和国防工业中广
泛使用的一种惯性导航仪器,它的发展对一个国家的工业,国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略
意义。
传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪,机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高,结构复杂,
它的精度受到了很多方面的制约。
自从上个世纪七十年代以来,现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的
阶段。
1976年等提出了现代光纤陀螺仪的基本设想,到八十年代以后,现代光纤陀螺仪就得到了非常迅
速的发展,与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。
由于光纤陀螺仪具有结构紧凑,灵敏度高,工作
可靠等等优点,所以目前光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪,成为现代导航
仪器中的关键部件。
和光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外,还有现代集成式的振动陀螺仪,集
成式的振动陀螺仪具有更高的集成度,体积更小,也是现代陀螺仪的一个重要的发展方向。
现代光纤陀螺仪包括干涉式陀螺仪和谐振式陀螺仪两种,它们都是根据塞格尼克的理论发展起来的。
塞
格尼克理论的要点是这样的:当光束在一个环形的通道中前进时,如果环形通道本身具有一个转动速度,
那么光线沿着通道转动的方向前进所需要的时间要比沿着这个通道转动相反的方向前进所需要的时间要多。
也就是说当光学环路转动时,在不同的前进方向上,光学环路的光程相对于环路在静止时的光程都会产生
变化。
利用这种光程的变化,如果使不同方向上前进的光之间产生干涉来测量环路的转动速度,就可以制
造出干涉式光纤陀螺仪,如果利用这种环路光程的变化来实现在环路中不断循环的光之间的干涉,也就是
通过调整光纤环路的光的谐振频率进而测量环路的转动速度,就可以制造出谐振式的光纤陀螺仪。
从这个
简单的介绍可以看出,干涉式陀螺仪在实现干涉时的光程差小,所以它所要求的光源可以有较大的频谱宽度,而谐振式的陀螺仪在实现干涉时,它的光程差较大,所以它所要求的光源必须有很好的单色性。
编辑本段陀螺仪的用途
陀螺仪是一种既古老而又很有生命力的仪器,从第一台真正实用的陀螺仪器问世以来已有大半个世纪,
但直到现也,陀螺仪仍在吸引着人们对它进行研究,这是由于它本身具有的特性所决定的。
陀螺仪最主要
的基本特性是它的稳定性和进动性。
人们从儿童玩的地陀螺中早就发现高速旋转的陀螺可以竖直不倒而保
持与地面垂直,这就反映了陀螺的稳定性。
研究陀螺仪运动特性的理论是绕定点运动刚体动力学的一个分支,它以物体的惯性为基础,研究旋转物体的动力学特性。
陀螺仪器最早是用于航海导航,但随着科学技术的发展,它在航空和航天事业中也得到广泛的应用。
陀螺仪器不仅可以作为指示仪表,而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件,即可作为信号传感器。
根据需要,陀螺仪器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号,以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线飞行,而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中,则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制。
作为稳定器,陀螺仪器能使列车在单轨上行驶,能减小船舶在风浪中的摇摆,能使安装在飞机或卫星上的照相机相对地面稳定等等。
作为精密测试仪器,陀螺仪器能够为地面设施、矿山隧道、地下铁路、石油钻探以及导弹发射井等提供准确的方位基准。
由此可见,陀螺仪器的应用范围是相当广泛的,它在现代化的国防建设和国民经济建设中均占重要的地位。
陀螺仪的基本部件
从力学的观点近似的分析陀螺的运动时,可以把它看成是一个刚体,刚体上有一个万向支点,而陀螺可以绕着这个支点作三个自由度的转动,所以陀螺的运动是属于刚体绕一个定点的转动运动。
更确切地说,一个绕对称铀高速旋转的飞轮转子叫陀螺。
将陀螺安装在框架装置上,使陀螺的自转轴有角转动的自由度,这种装置的总体叫做陀螺仪,
陀螺仪的基本部件有:
(1) 陀螺转子(常采用同步电机、磁滞电机、三相交流电机等拖动方法来使陀螺转子绕自转轴高速旋转,并见其转速近似为常值);
(2) 内、外框架(或称内、外环,它是使陀螺自转轴获得所需角转动自由度的结构);
(3) 附件(是指力矩马达、信号传感器等)。
陀螺仪的基本类型
根据框架的数目和支承的形式以及附件的性质决定陀螺仪的类型有:
三自由度陀螺仪(具有内、外两个框架,使转子自转轴具有两个转动自由度。
在没有任何力矩装置时,它就是一个自由陀螺仪)。
二自由度陀螺仪(只有一个框架,使转子自转轴具有一个转动自由度)。
根据二自由度陀螺仪中所使用的反作用力矩的性质,可以把这种陀螺仪分成三种类型:
速率陀螺仪(它使用的反作力矩是弹性力矩);
积分陀螺仪(它使用的反作用力矩是阻尼力矩);
无约束陀螺(它仅有惯性反作用力矩);
现在,除了机、电框架式陀螺仪以外,还出现了某些新型陀螺仪,如静电式自由转子陀螺仪,挠性陀螺仪,激光陀螺仪等。
二自由度陀螺仪的基本特性
二自由度陀螺仪的转子支承在一个框架内,没有外框架,因而转子自转有一个进动自由度,即少了垂直于内框架轴和自转轴方向的转动自由度。
因此二自由度陀螺仪与三自由度陀螺仪的特性也有所不同。
进动性是三自由度陀螺仪的基本特性之—,当绕内框架轴作用外力矩时,将使高速旋转的转子自转轴产生绕外框架轴的进动,而绕外框架轴作用外力矩时,将使转子轴产生绕内框架轴的进动。
定轴性是三自由度陀螺仪的另一基本特性。
无论基座绕陀螺仪自转轴转动,还是绕内框架轴或外框架轴方向转动,都不会直接带动陀螺转子一起转动(指转子自转之外的转动)。
由内、外框架所组成的框架装置,将基座的转动与陀螺转子隔离开来。
这样,如果陀螺仪自转轴稳定在惯性空间的某个方位上,当基座转动时,它仍然稳定在原来的方位上。
对于二自由度陀螺仪,当基座绕陀螺仪自转轴或内框架轴方向转动时,仍然不会带动转子一起转动,即内框架仍然起隔离运动的作用。
但是,当基座绕陀螺仪缺少自由度的x轴方向以角速度ωx转动时,由于陀螺仪绕该轴没有转动自由度,所以基座转动时,就通过内框架轴上的一对支承带动陀螺转子一起转动。
但陀螺仪自转轴仍尽力保持其原来的空间方位不变。
因此,基座转动时,内框架轴上的一对支承就有推力F作用在内框架轴的两端,而形成作用在陀螺仪上的推力矩mx, 其方向垂直于动量矩H,并沿x铀正向。
由于陀螺仪绕内框架轴有转动的自由度,所以这个推力矩就使陀螺仪产生绕内框架轴的进动,进动角速度β指向内框架轴y的正向,使转子轴趋向与x轴重合。
因此,当基座绕陀螺仪缺少自由度的方向转动时,将强迫陀螺仪跟随基座转动,同时陀螺仪转子轴绕内框架轴进动。
结果使转子轴趋向与基座转动角速度的方向重合。
即二自由度陀螺仪具有敏感绕其缺少转动自由度方向旋转角速度的特性。
二自由度陀螺仪受到沿内框架轴向外力矩作用时,转子轴绕内框轴运动。
沿内框架轴向作用力矩时转子轴的运动。
设沿内框架铀y的正向有外力矩My作用,则二自由度陀螺仪的转子轴将力图以角速度My/H绕x轴的负向进动,如图3所示。
由于陀螺转子轴绕x轴方向不能转动,这个进动是不可能实现的。
但其进动趋势仍然存在,并对内框架轴两端的支承施加压力,这样,支承就产生约束反力F作用在内框架轴两端,而形成作用在陀螺仪上的约束反力矩mx,其方向垂直于动量矩H并沿x轴的正向。
由于转子轴绕内框架轴存在转动自由度,所以在这个约束反力矩mx的作用下,陀螺仪转子轴就绕内框架轴以β的角速度沿y轴正向进动。
简单地说,如果陀螺绕x轴方向不能转动,那么在绕内框架轴向的外力矩作用下,陀螺仪的转子轴也绕内框架轴转动。
陀螺绕主轴转动的角动量以H表示,H=JsΩ,式中Js为陀螺转子的转动惯量。