陀螺仪工作原理 ppt课件
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陀螺ppt课件完美版
2. 观察陀螺进动现象时，可 以通过改变外力矩的大小和方
向来探究其影响。
3. 实验结束后，要及时关闭 电源并拆卸器材，整理实验场
地。
07 总结回顾与展望 未来
关键知识点总结回顾
陀螺仪基本原理
陀螺仪是一种基于角动量守恒原理的装置，用于测量或维持方向 。
陀螺仪的种类与应用
介绍了不同类型的陀螺仪（如机械陀螺仪、光学陀螺仪等）及其 在各领域（如航空、导航等）的应用。
为转子提供稳定的驱动电流， 使转子保持恒定的旋转速度。
信号处理电路
对陀螺仪输出的信号进行放大 、滤波、解调等处理，得到所
需的角速度或角度信息。
典型陀螺仪结构剖析
单轴陀螺仪
仅有一个敏感轴，用于测量绕该轴的 角速度或角度。
双轴陀螺仪
三轴陀螺仪
具有三个相互垂直的敏感轴，可同时 测量绕这三个轴的角速度或角度，广 泛应用于航空航天、导航等领域。
带宽
描述陀螺仪输出信号中随机误差的大小， 通常用单位时间内输出信号的标准差来表 示。
指陀螺仪能够准确测量的角速度范围，通常 以赫兹（Hz）为单位表示。
03 陀螺力学特性分 析
力学基础知识回顾
01
02
03
牛顿运动定律
阐述物体运动与力的关系 ，是分析陀螺运动的基础 。
动量守恒定律
陀螺在不受外力作用时， 其动量保持不变。
03
结合硬件和软件补偿方法，对陀螺仪进行更为全面的误差补偿Biblioteka 。提高测量精度策略
选择高精度陀螺仪
在选购陀螺仪时，应优先考虑精度等级高、 稳定性好的产品。
优化安装环境
为陀螺仪提供稳定的工作环境，减小外部因 素对测量精度的影响。
定期校准
陀螺仪原理惯性导航精选幻灯片
13 13
实际的陀螺仪中，由于结构和工艺的不完 备，总是不可避免的存在着干扰力矩。从而破 坏了稳定性，产生了章动（瞬时冲击力矩）和 进动（一定持续时间的力矩） 。
章动：陀螺受 到瞬时冲击力矩作 用后，自转轴在原 位附近做微小的圆 锥运动，其转子轴 的大方向基本不变。
14 14
2、陀螺相对地球的视在运动 由于陀螺仪的转动相对惯性空间保持方向
3.本身作为一个元部件，与其它自动控制元部件 组成各种陀螺装置。如陀螺稳定平台，惯性导 航系统等。
11 11
2.1 三自由度陀螺及基本特性 一、两个主要特性：
稳定性：陀螺转子绕自转轴高速旋转即具 有动量矩时，如果不受外力矩作用，自转轴将 相对惯性空间保持方向不变的特性。
进动性：在陀螺上施加外力矩时，会引起 陀螺动量矩矢量相对惯性空间转动的特性。
陀螺的应用：指示仪表，传感器，把陀螺本身作为 一个元部件，与其他自动控制元部件组成各种陀螺装
置。
99
基本部件：陀螺转子，内、外框架（支承部 件），附件（电机、力矩器等）
10 10
陀螺应用
1.指示仪表：指示飞机俯仰角和倾斜角的航空地 平仪，指示航向角的罗盘，指示转弯方向和速 度的转弯仪。
2.传感器:输出与被测量参数成一定关系的电信 号。如陀螺航向传感器，角速度传感器。
哥氏加速度是由于质点不仅做圆周运动， 而且也做径向或周向运动所产生的。
44
陀螺简介
陀螺是什么？ 我们小时候都玩过它。它是
一种圆锥形玩具，下端有尖针， 绕上细绳，猛甩出去就能在地上 旋转。 陀螺定义：绕自身对称轴高速旋转 的刚体。（刚体—不变形的固体）
为什么用鞭子抽 打后，先轻微摆 动，后绕自转轴
高速旋转？
2.1 三自由度陀螺及基本特性 2.2 陀螺力矩 2.3 坐标系关系 2.4 二自由度陀螺及其应用
实际的陀螺仪中，由于结构和工艺的不完 备，总是不可避免的存在着干扰力矩。从而破 坏了稳定性，产生了章动（瞬时冲击力矩）和 进动（一定持续时间的力矩） 。
章动：陀螺受 到瞬时冲击力矩作 用后，自转轴在原 位附近做微小的圆 锥运动，其转子轴 的大方向基本不变。
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2、陀螺相对地球的视在运动 由于陀螺仪的转动相对惯性空间保持方向
3.本身作为一个元部件，与其它自动控制元部件 组成各种陀螺装置。如陀螺稳定平台，惯性导 航系统等。
11 11
2.1 三自由度陀螺及基本特性 一、两个主要特性：
稳定性：陀螺转子绕自转轴高速旋转即具 有动量矩时，如果不受外力矩作用，自转轴将 相对惯性空间保持方向不变的特性。
进动性：在陀螺上施加外力矩时，会引起 陀螺动量矩矢量相对惯性空间转动的特性。
陀螺的应用：指示仪表，传感器，把陀螺本身作为 一个元部件，与其他自动控制元部件组成各种陀螺装
置。
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基本部件：陀螺转子，内、外框架（支承部 件），附件（电机、力矩器等）
10 10
陀螺应用
1.指示仪表：指示飞机俯仰角和倾斜角的航空地 平仪，指示航向角的罗盘，指示转弯方向和速 度的转弯仪。
2.传感器:输出与被测量参数成一定关系的电信 号。如陀螺航向传感器，角速度传感器。
哥氏加速度是由于质点不仅做圆周运动， 而且也做径向或周向运动所产生的。
44
陀螺简介
陀螺是什么？ 我们小时候都玩过它。它是
一种圆锥形玩具，下端有尖针， 绕上细绳，猛甩出去就能在地上 旋转。 陀螺定义：绕自身对称轴高速旋转 的刚体。（刚体—不变形的固体）
为什么用鞭子抽 打后，先轻微摆 动，后绕自转轴
高速旋转？
2.1 三自由度陀螺及基本特性 2.2 陀螺力矩 2.3 坐标系关系 2.4 二自由度陀螺及其应用
《陀螺》ppt课件优秀版
05
CHAPTER
陀螺仪在陆地交通领域应用
陀螺仪能够精确测量汽车的横滚、俯仰和偏航角度，为自动驾驶系统提供准确的车辆姿态信息。
姿态测量
结合GPS和其他传感器数据，陀螺仪能够提高汽车的定位精度，确保自动驾驶汽车在复杂道路环境中的稳定行驶。
导航定位
通过实时监测车辆动态参数，陀螺仪有助于自动驾驶系统实现车辆稳定性控制，提高行驶安全性。
陀螺仪在水下潜航器中发挥关键作用，通过实时测量潜航器的姿态和角速度，为深海导航提供精确的数据支持。
深海导航
结合陀螺仪的测量数据和其他传感器信息，水下潜航器可以实现地形匹配和精确定位，提高水下作业的准确性和效率。
地形匹配与定位
陀螺仪作为惯性导航系统的重要组成部分，可以为水下潜航器提供持续、稳定的导航支持，确保潜航器在复杂水下环境中的可靠运行。
控制稳定性
车辆定位与导航
通过对乘客上下车数据的采集和分析，陀螺仪有助于实现客流量的精确统计和预测，为运营调度提供数据支持。
客流统计与分析
安全监控与预警
陀螺仪能够实时监测城市轨道交通系统的运行状态，发现潜在的安全隐患并及时预警，确保乘客出行安全。
在城市轨道交通系统中，陀螺仪能够提供准确的车辆定位和导航信息，确保列车在复杂环境中的稳定运行。
随着MEMS技术的发展，陀螺仪将越来越微型化和集成化，降低成本并拓展应用领域。
微型化和集成化
提高陀螺仪的测量精度和稳定性是未来发展的重要方向，以满足高端应用的需求。
高精度与高性能
将陀螺仪与其他传感器（如加速度计、磁力计等）进行融合，通过算法优化提高数据处理的准确性和效率。
多传感器融合与算法优化
陀螺仪在发展过程中面临着技术、市场和应用等多方面的挑战，但同时也为相关产业带来了巨大的发展机遇。
CHAPTER
陀螺仪在陆地交通领域应用
陀螺仪能够精确测量汽车的横滚、俯仰和偏航角度，为自动驾驶系统提供准确的车辆姿态信息。
姿态测量
结合GPS和其他传感器数据，陀螺仪能够提高汽车的定位精度，确保自动驾驶汽车在复杂道路环境中的稳定行驶。
导航定位
通过实时监测车辆动态参数，陀螺仪有助于自动驾驶系统实现车辆稳定性控制，提高行驶安全性。
陀螺仪在水下潜航器中发挥关键作用，通过实时测量潜航器的姿态和角速度，为深海导航提供精确的数据支持。
深海导航
结合陀螺仪的测量数据和其他传感器信息，水下潜航器可以实现地形匹配和精确定位，提高水下作业的准确性和效率。
地形匹配与定位
陀螺仪作为惯性导航系统的重要组成部分，可以为水下潜航器提供持续、稳定的导航支持，确保潜航器在复杂水下环境中的可靠运行。
控制稳定性
车辆定位与导航
通过对乘客上下车数据的采集和分析，陀螺仪有助于实现客流量的精确统计和预测，为运营调度提供数据支持。
客流统计与分析
安全监控与预警
陀螺仪能够实时监测城市轨道交通系统的运行状态，发现潜在的安全隐患并及时预警，确保乘客出行安全。
在城市轨道交通系统中，陀螺仪能够提供准确的车辆定位和导航信息，确保列车在复杂环境中的稳定运行。
随着MEMS技术的发展，陀螺仪将越来越微型化和集成化，降低成本并拓展应用领域。
微型化和集成化
提高陀螺仪的测量精度和稳定性是未来发展的重要方向，以满足高端应用的需求。
高精度与高性能
将陀螺仪与其他传感器（如加速度计、磁力计等）进行融合，通过算法优化提高数据处理的准确性和效率。
多传感器融合与算法优化
陀螺仪在发展过程中面临着技术、市场和应用等多方面的挑战，但同时也为相关产业带来了巨大的发展机遇。
陀螺仪原理PPT课件
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3
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4
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5
微分（速率）陀螺仪工作原理
• 当载体绕Y轴有角速度ω时，载体将在Y轴上产生力 矩My。在My的作用下，使陀螺仪做趋向外力矩的 进动，即陀螺仪绕X轴转过β角，此时弹簧会在X轴 产生力矩，同理弹簧力矩
又使陀螺仪产生绕Y轴的进
动。随着β角增大，弹簧力
矩也逐渐增大。稳态时，
弹簧力矩所造成的进动角人人网仅提供信息存储空间仅对用户上传内容的表现方式做保护处理对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑并不能对任何下载内容负责
陀螺仪原理
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1
• 凡是绕回转体的对称高速旋转的物体都可称为 陀螺。
• 把高速旋转的陀螺安 装在一个悬挂装置上， 使陀螺主轴在空间具有 一个或两个转动自由度 ，就构成了陀螺仪。
• 陀螺仪有两个最主要的特征——稳定指向性和 进动性。
.
2
• 稳定指向性（定轴性）：当转子绕其主轴 高速旋转是，不论陀螺仪的底座如何倾斜 或摇摆，陀螺仪主轴将在惯性空间保持方 位不变。
• 进动性：在外力矩的作用下，陀螺仪主轴 转动方向与外力矩方向垂直，叫做陀螺仪 的进动性。即若外力矩施加于外环轴，陀 螺仪将绕内环轴转动，施加于内环轴将绕 外环轴转动。
速度和旋转角速度一致，
此时弹簧力矩kβ与陀螺力
矩Hω相平衡，可得：
H
.
6
k
积分（转角）陀螺仪工作原理
• 积分陀螺仪时用来测量运动体转角的单自由度陀 螺仪。
• 当载体绕Y轴有角速度ω时，载体将在Y轴上产生 力矩My。在My的作用下，使陀螺仪做趋向外力矩 的进动，当框架有转
.
动角速度 时，阻尼装
置将产生一个与其成正
比的阻尼力矩Mc。当
《MEMS陀螺仪》PPT课件
关于MEMS陀螺仪的最新国外成果
1、美商亚德诺(Analog Devices, Inc., ADI)新推出的编号为 ADIS 16136 的 iSensor 数位MEMS陀螺仪。该陀螺仪具有以下 特点：
①尺寸仅火柴盒大小，却能提供3.5 o /hr的典型偏压稳定 度，且只消耗低于1瓦特的功率，重量则只有25公克。
低成本批量生产
将MEMS陀螺仪与其辅助电路整合在同一个封装内，运用创新的MEMS制程技术， 简化传感器与线路之间的焊接过程，并缩小它们的封装尺寸（多轴陀螺仪的 系统封装面积仅为3×5平方毫米），用一块硅片可一次性快速生产大量产品， 实现低成本量产。
MEMS陀螺仪的特点
缺点： 陀螺仪根据精度划分，有超高精度、中高精度陀螺仪和低精度陀螺仪。MEMS
2、CRS02系列角速度传感器(微机械陀螺仪) 是 用于测量运动物体角速度的微型惯性器件。陀螺 仪应用Corioli效果，采用硅素超微精密环型传 感件设计而生产一耐震动的高精度类比输出电压。 陀螺仪量得的是角速度资料, 经积分旋转,而经 微分可得角加速度资料。惯性系统最大的一个缺 点， 就是陀螺仪的误差会随着工作时间而累积， 这样的误差是无法接受的，需要以各种滤波和定 位方法, 去修正位置的误差。 它的主要用途是 导航、汽车安全系统、遥控直升机、车装/船双 卫星天线、航天、工业用、安定架、测量仪器、 船双电子罗盘补偿等
2、日前,意法半导体(ST)新推出13款单轴和双轴陀螺 仪。这种陀螺仪有以下值得关注的地方：
①这种全新高性能角运动传感器
可运用于手势控制的游戏机和遥
控指向产品、数字摄像机或数码
相机的图像稳定功能，以及GPS
导航辅助系统。
②意法半导体的陀螺仪包括关断模式
(当整个器件完全关断时)和睡眠模式，
(2024年)陀螺课件(61)(共63张PPT)pptx
机械陀螺仪
光学陀螺仪
结构简单、成本低廉，但精度和稳定性较 差，易受环境因素影响。
基于光学原理工作，具有高精度、高稳定 性等优点，但成本较高。
微机械陀螺仪
激光陀螺仪
采用微机械加工技术制造，具有体积小、 重量轻、成本低等优点，但精度和稳定性 相对较低。
利用激光干涉原理测量角速度，具有高精 度、高稳定性、无机械磨损等优点，但成 本较高且对环境要求较高。
多传感器融合与校准
03
在实际应用中，单一陀螺仪往往难以满足需求，多传感器融合
与校准技术成为提高系统性能的关键。
25
探讨未来发展趋势和前景
2024/3/26
新型陀螺仪技术
随着科技进步，新型陀螺仪技术（如量子陀螺仪、生物陀螺仪等）有望在未来取得突破， 为高精度测量和导航领域带来革命性变革。
多源信息融合与智能算法
通过融合多种传感器信息和采用智能算法，可以提高陀螺仪系统的整体性能，实现更高精 度的姿态测量和导航定位。
拓展应用领域
随着陀螺仪性能的不断提升和成本的降低，其应用领域将进一步拓展，如智能交通、智能 家居、虚拟现实等。
26
感谢您的观看
THANKS
2024/3/26
27
组合导航算法
将惯性导航系统与卫星导航系统、里程计等其他导航手段进行组合， 实现优势互补，提高整体导航性能。
14
04
陀螺仪在姿态控制中应用
2024/3/26
15
姿态控制概述及分类
2024/3/26
姿态控制定义
通过对物体姿态的调整，实现其在空间中的稳定定位和定向 。
姿态控制分类
根据控制对象的不同，可分为刚体姿态控制和柔性体姿态控 制；根据控制方法的不同，可分为开环控制和闭环控制。
陀螺仪工作原理 ppt课件
当二自由度陀螺底座绕垂直于X轴与Z轴成 角 的轴以角速度 旋转时．则将有陀螺力矩Mg 作用于框架上，陀螺力矩Mg为：
Mg Hsin
陀螺仪工作原理
三自由度陀螺结构原理如图所示。 三自由度陀螺具有以下主要特性：
1)定轴性 2)进动性 3)无惯性
(2)微分陀螺仪作用原理
图中标注直角坐标系Oxyz，X轴沿框 架轴旋转方向。Y轴称为陀螺仪的输 入轴。因为微分陀螺仪就是测量它 的壳体绕Y轴转动的角速度，故又 称为测量轴。Z0的方向为主轴起始 位置，即当＝0时，Z轴应与Z0重合。
4. 加速度积分法和位移微分法
陀螺仪工作原理
光束切断法
光束切断法检测速度适合于定尺寸材料的速度 检测。这是一种非接触式测量，测量精度较高。 图2所示它是由两个固定距离为L的检测器实现速 度检测的。检测器由光源和光接收元件构成。被测 物体以速度v行进时，它的前端在通过第一个检测 器的时刻，由于物体遮断光线而产生输出信号，由 这信号驱动脉冲计数器，计数器计数至物体到达第 二个检测器时刻．检测器发出停止脉冲计数。由检 测器间距L和计数脉冲的周期T、个数N，可求出物 体的行进速度。
速度、转速、加速度测量
陀螺仪工作原理
速度测量
速度 测量
线速度测量（m/s，km/h)
角速度测量(rad/s) （转速测量(转/分）
Linear Velocity Rotary speed：revolutions per minute (r.p.m.) Angular Velocity
2n 陀螺仪工作原理
皮托管是测量流体速度的主要工具之一,广泛用于船舶和飞 行体的测速。图6为皮托管测流速原理图，图中所示从滞 止点一直到压力表液面上的空间是一个内管，在它的外面 包着外管，且与压力表的另一个液面上的空间相通，外管 的壁上开有小孔，就是静压孔。在测量时，只要把皮托管 对准流体流动的方向，使内管顶端（滞止点）能感受全压 力 pt，而具有静压孔的外管感受静压力 ps。
Mg Hsin
陀螺仪工作原理
三自由度陀螺结构原理如图所示。 三自由度陀螺具有以下主要特性：
1)定轴性 2)进动性 3)无惯性
(2)微分陀螺仪作用原理
图中标注直角坐标系Oxyz，X轴沿框 架轴旋转方向。Y轴称为陀螺仪的输 入轴。因为微分陀螺仪就是测量它 的壳体绕Y轴转动的角速度，故又 称为测量轴。Z0的方向为主轴起始 位置，即当＝0时，Z轴应与Z0重合。
4. 加速度积分法和位移微分法
陀螺仪工作原理
光束切断法
光束切断法检测速度适合于定尺寸材料的速度 检测。这是一种非接触式测量，测量精度较高。 图2所示它是由两个固定距离为L的检测器实现速 度检测的。检测器由光源和光接收元件构成。被测 物体以速度v行进时，它的前端在通过第一个检测 器的时刻，由于物体遮断光线而产生输出信号，由 这信号驱动脉冲计数器，计数器计数至物体到达第 二个检测器时刻．检测器发出停止脉冲计数。由检 测器间距L和计数脉冲的周期T、个数N，可求出物 体的行进速度。
速度、转速、加速度测量
陀螺仪工作原理
速度测量
速度 测量
线速度测量（m/s，km/h)
角速度测量(rad/s) （转速测量(转/分）
Linear Velocity Rotary speed：revolutions per minute (r.p.m.) Angular Velocity
2n 陀螺仪工作原理
皮托管是测量流体速度的主要工具之一,广泛用于船舶和飞 行体的测速。图6为皮托管测流速原理图，图中所示从滞 止点一直到压力表液面上的空间是一个内管，在它的外面 包着外管，且与压力表的另一个液面上的空间相通，外管 的壁上开有小孔，就是静压孔。在测量时，只要把皮托管 对准流体流动的方向，使内管顶端（滞止点）能感受全压 力 pt，而具有静压孔的外管感受静压力 ps。
20陀螺PPT课件(2024)
15
惯性导航系统概述
01
惯性导航系统（INS）定义
一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。
2024/1/30
02
INS基本原理
利用陀螺仪和加速度计等惯性元件来测量运载体本身的加速度，经过积
分和运算得到速度和位置，从而达到对运载体导航定位的目的。
03
INS特点
隐蔽性好、抗干扰能力强、数据更新率高，但存在误差积累问题。
24
VR/AR设备运动跟踪与姿态识别
头部跟踪
陀螺仪可实时检测用户头 部的角速度和加速度，实 现VR/AR设备中的头部跟 踪功能。
2024/1/30
手势识别
结合陀螺仪数据与图像识 别技术，可实现VR/AR设 备中的手势识别功能，增 强用户体验。
场景渲染
陀螺仪数据可用于优化 VR/AR场景中的渲染效果 ，提高画面流畅度和真实 感。
陀螺原理
当陀螺受到外力作用时，其自转轴将 绕某一固定点（支点）作进动，且进 动角速度与外力矩成正比，而与陀螺 的转动惯量成反比。
2024/1/30
4
陀螺分类及应用领域
2024/1/30
陀螺分类
根据工作原理和结构特点，陀螺 可分为机械陀螺、光学陀螺、微 机械陀螺和原子陀螺等。
应用领域
陀螺在航空、航天、航海、兵器 、汽车、机器人等领域有着广泛 的应用，如惯性导航、姿态控制 、稳定平台等。
21
典型案例分析：无人机飞行姿态稳定控制
无人机飞行姿态稳定控 制需求
陀螺仪在无人机姿态稳 定控制中应用
无人机姿态稳定控制效 果评估
无人机在飞行过程中需要保持稳定的 姿态，以确保其正常飞行并完成任务 。因此，需要通过稳定控制系统对无 人机的姿态进行控制。
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速度、转速、加速度测量
陀螺仪工作原理
速度测量
速度 测量
线速度测量（m/s，km/h)
角速度测量(rad/s) （转速测量(转/分）
Linear Velocity Rotary speed：revolutions per minute (r.p.m.) Angular Velocity
2n 陀螺仪工作原理
s
=(
c
-
v
ks)
/
fp,
fs
=
c s
c(cλi( c -
v ki)，
v ks)
c - v ks散 射 波 相 对 于 P点 的 速 度
P静 止 时 ， 入 射 光 频 率 为 ：
f0
=
c / λ i,c为
光
速
，
为
i
入
射
光
波
波
长
。
若
P点
以
相对
fp
速
=
度
(c
v
-
k
v
i远
离
kkii
光
)/
源
λP
，
陀螺仪工作原理
图2 光束切断式速度测量
v L NT
陀螺仪工作原理
相关法
相关法检测线速度，是利用随机过程互相关函数 的方法进行的，其原理如图3所示。被测物体以速 度V行进，在靠近行进物体处安装两个相距L相同 的传感器（如光电传感器、超声波传感器等）。 传感器检测易于从被测物体上检测到的参量(如表 面粗糙度、表面缺陷等），例如对被测物体发射 光，由于被测物表面的差异及传感器等受随机因 素的影响．传感器得到的反射光信号是经随机噪 声调制过的。图中传感器2得到的信号x（t）是由 于物体A点进入传感器2的检测区得到的。当物体 A点运动到传感器1的检测区．得到信号y（t）。 当随机过程是平稳随机过程时，y(t)的波形和x（t) 是相似的，只是时间上推迟了t0(=L/v)，即
陀螺仪工作原理
ki
ks P
P静 止 时 ， 入 射 光 频 率 为 ： f0 = c / λ i, c为 光 速 ， i为 入 射 光 波 波 长 。
图4多普勒效应原理
K i表 示 平 行 于 入 射 光 波 矢 量 的 单 位 矢 量 ； K s表 示 平 行 于 散 射 光 波 矢 量 的 单 位 矢 量
皮托管是测量流体速度的主要工具之一,广泛用于船舶和飞 行体的测速。图6为皮托管测流速原理图，图中所示从滞 止点一直到压力表液面上的空间是一个内管，在它的外面 包着外管，且与压力表的另一个液面上的空间相通，外管 的壁上开有小孔，就是静压孔。在测量时，只要把皮托管 对准流体流动的方向，使内管顶端（滞止点）能感受全压 力 pt，而具有静压孔的外管感受静压力 ps。
多普勒测速
• 当光源和反射体或散射体之间存在相对 运动时，接收到的声波频率与入射声波 频率存在差别的现象称为光学多普勒效 应，是奥地利学者多普勒于1842年发现 的。
• 当单色光束人射到运动体上某点时，光 波在该点被运动体散射，散射光频率与 人射光频率相比，产生了正比于物体运 动速度的频率偏移，称为多普勒频移。
i
k则s
入
射
光
对
P点
的
视
在
频
率
为
：
对 光 电 探 测 器 来 说 ， 散 射 光 波1长 、 频2率 分 别 为 ：
s
=
(
c
-
v
c(c
k图s )4/多f普p ,勒f效s 应= λ原i理( c
-
v v
ki) ks )
则散射光和原始光之间的频移为：
vr
图1 接触辊式速度测量 •可用于生产过程中的塑料板带、布、钢板带等速度检测。 •注意测量辊与被测物之间的滑移所造成的测量误差。
陀螺仪工作原理
皮托管测速法
陀螺仪工作原理
V2,p2
V1,p1 z1
z2
流体伯努力方程：
(Benoulli’s Equation)
1.potential energy: mgz1, mgz2
陀螺仪工作原理
图3 相关测速原理图
y(t)x(tt0)
Rxy()T li m T 10Tx(t)y(t)dtlimT 10Tx(tt0)x(t)dt T
Rx(t0)
其物理含义是x(t)延迟to后成x(t－t0)，其波形将和y（t） 几乎重叠，因此互相关值有最大值。
接触辊法
接触辊式速度检测法是应用最广泛的一种方法。 如图1所示把旋转辊轮（测量辊）接触在行进的 物体上，被测物体以速度v行进并带动测量辊转 动．由测量辊的转速和周长求得物体的行进速度。
测量原理：
1. 物体运动的线速度可以从物体在一定时间内移动
的距离或者从物体移动一定距离所需的时间求得，
这种方法只能求 s
(1) 相关法;
t
(2) 空间滤波器法
(3) 2. 角速度和线速度的相互转化。
vr
3. 利用物理参数测量：多普勒效应、流体力学定 律、电磁感应原理
4. 加速度积分法和位移微分法
陀螺仪工作原理
光束切断法
光束切断法检测速度适合于定尺寸材料的速度 检测。这是一种非接触式测量，测量精度较高。 图2所示它是由两个固定距离为L的检测器实现速 度检测的。检测器由光源和光接收元件构成。被测 物体以速度v行进时，它的前端在通过第一个检测 器的时刻，由于物体遮断光线而产生输出信号，由 这信号驱动脉冲计数器，计数器计数至物体到达第 二个检测器时刻．检测器发出停止脉冲计数。由检 测器间距L和计数脉冲的周期T、个数N，可求出物 体的行进速度。
若 P 点 以 速 度 v k i远 离 光 源 ， 则 对 P 点 来 说 入 射 光 的 视 在 频 率 为 (：Apparent frequency)
f p = ( c - v ki ) / λi， c - v k i入 射 波 相 对 于 P 点 的 速 度
对光电探测器来说，散射光视在波长、频率分别为：
WPp为eormr动kad压sosn:强e＝p 1 forcp e2 ×dista1 2 ncve12 =pgAz1 mAp 1m p 1 2v22gz2p 2
动压(Pv) ＋ 静止压(Ps)＝ 全压（Pt)
皮托管： z1 z 2
1 2
v12
p1
1 2
v22
p2
v2 0
v1
2( p2 p1 )
Permass: gz1, gz2
2. Kinetic energy:
1 2
m
v12
Permass:
1 2
v12
1 2
v22
3.pressure energy:
1 2
m
v22
理想不可压缩流体在重 力场中作定常流动时， 具有三种形式的能量： 位势能、压力势能和动 能，在流线上任何一处 三者能量之和保持恒定。
陀螺仪工作原理
速度测量
速度 测量
线速度测量（m/s，km/h)
角速度测量(rad/s) （转速测量(转/分）
Linear Velocity Rotary speed：revolutions per minute (r.p.m.) Angular Velocity
2n 陀螺仪工作原理
s
=(
c
-
v
ks)
/
fp,
fs
=
c s
c(cλi( c -
v ki)，
v ks)
c - v ks散 射 波 相 对 于 P点 的 速 度
P静 止 时 ， 入 射 光 频 率 为 ：
f0
=
c / λ i,c为
光
速
，
为
i
入
射
光
波
波
长
。
若
P点
以
相对
fp
速
=
度
(c
v
-
k
v
i远
离
kkii
光
)/
源
λP
，
陀螺仪工作原理
图2 光束切断式速度测量
v L NT
陀螺仪工作原理
相关法
相关法检测线速度，是利用随机过程互相关函数 的方法进行的，其原理如图3所示。被测物体以速 度V行进，在靠近行进物体处安装两个相距L相同 的传感器（如光电传感器、超声波传感器等）。 传感器检测易于从被测物体上检测到的参量(如表 面粗糙度、表面缺陷等），例如对被测物体发射 光，由于被测物表面的差异及传感器等受随机因 素的影响．传感器得到的反射光信号是经随机噪 声调制过的。图中传感器2得到的信号x（t）是由 于物体A点进入传感器2的检测区得到的。当物体 A点运动到传感器1的检测区．得到信号y（t）。 当随机过程是平稳随机过程时，y(t)的波形和x（t) 是相似的，只是时间上推迟了t0(=L/v)，即
陀螺仪工作原理
ki
ks P
P静 止 时 ， 入 射 光 频 率 为 ： f0 = c / λ i, c为 光 速 ， i为 入 射 光 波 波 长 。
图4多普勒效应原理
K i表 示 平 行 于 入 射 光 波 矢 量 的 单 位 矢 量 ； K s表 示 平 行 于 散 射 光 波 矢 量 的 单 位 矢 量
皮托管是测量流体速度的主要工具之一,广泛用于船舶和飞 行体的测速。图6为皮托管测流速原理图，图中所示从滞 止点一直到压力表液面上的空间是一个内管，在它的外面 包着外管，且与压力表的另一个液面上的空间相通，外管 的壁上开有小孔，就是静压孔。在测量时，只要把皮托管 对准流体流动的方向，使内管顶端（滞止点）能感受全压 力 pt，而具有静压孔的外管感受静压力 ps。
多普勒测速
• 当光源和反射体或散射体之间存在相对 运动时，接收到的声波频率与入射声波 频率存在差别的现象称为光学多普勒效 应，是奥地利学者多普勒于1842年发现 的。
• 当单色光束人射到运动体上某点时，光 波在该点被运动体散射，散射光频率与 人射光频率相比，产生了正比于物体运 动速度的频率偏移，称为多普勒频移。
i
k则s
入
射
光
对
P点
的
视
在
频
率
为
：
对 光 电 探 测 器 来 说 ， 散 射 光 波1长 、 频2率 分 别 为 ：
s
=
(
c
-
v
c(c
k图s )4/多f普p ,勒f效s 应= λ原i理( c
-
v v
ki) ks )
则散射光和原始光之间的频移为：
vr
图1 接触辊式速度测量 •可用于生产过程中的塑料板带、布、钢板带等速度检测。 •注意测量辊与被测物之间的滑移所造成的测量误差。
陀螺仪工作原理
皮托管测速法
陀螺仪工作原理
V2,p2
V1,p1 z1
z2
流体伯努力方程：
(Benoulli’s Equation)
1.potential energy: mgz1, mgz2
陀螺仪工作原理
图3 相关测速原理图
y(t)x(tt0)
Rxy()T li m T 10Tx(t)y(t)dtlimT 10Tx(tt0)x(t)dt T
Rx(t0)
其物理含义是x(t)延迟to后成x(t－t0)，其波形将和y（t） 几乎重叠，因此互相关值有最大值。
接触辊法
接触辊式速度检测法是应用最广泛的一种方法。 如图1所示把旋转辊轮（测量辊）接触在行进的 物体上，被测物体以速度v行进并带动测量辊转 动．由测量辊的转速和周长求得物体的行进速度。
测量原理：
1. 物体运动的线速度可以从物体在一定时间内移动
的距离或者从物体移动一定距离所需的时间求得，
这种方法只能求 s
(1) 相关法;
t
(2) 空间滤波器法
(3) 2. 角速度和线速度的相互转化。
vr
3. 利用物理参数测量：多普勒效应、流体力学定 律、电磁感应原理
4. 加速度积分法和位移微分法
陀螺仪工作原理
光束切断法
光束切断法检测速度适合于定尺寸材料的速度 检测。这是一种非接触式测量，测量精度较高。 图2所示它是由两个固定距离为L的检测器实现速 度检测的。检测器由光源和光接收元件构成。被测 物体以速度v行进时，它的前端在通过第一个检测 器的时刻，由于物体遮断光线而产生输出信号，由 这信号驱动脉冲计数器，计数器计数至物体到达第 二个检测器时刻．检测器发出停止脉冲计数。由检 测器间距L和计数脉冲的周期T、个数N，可求出物 体的行进速度。
若 P 点 以 速 度 v k i远 离 光 源 ， 则 对 P 点 来 说 入 射 光 的 视 在 频 率 为 (：Apparent frequency)
f p = ( c - v ki ) / λi， c - v k i入 射 波 相 对 于 P 点 的 速 度
对光电探测器来说，散射光视在波长、频率分别为：
WPp为eormr动kad压sosn:强e＝p 1 forcp e2 ×dista1 2 ncve12 =pgAz1 mAp 1m p 1 2v22gz2p 2
动压(Pv) ＋ 静止压(Ps)＝ 全压（Pt)
皮托管： z1 z 2
1 2
v12
p1
1 2
v22
p2
v2 0
v1
2( p2 p1 )
Permass: gz1, gz2
2. Kinetic energy:
1 2
m
v12
Permass:
1 2
v12
1 2
v22
3.pressure energy:
1 2
m
v22
理想不可压缩流体在重 力场中作定常流动时， 具有三种形式的能量： 位势能、压力势能和动 能，在流线上任何一处 三者能量之和保持恒定。