静电陀螺ppt课件
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2024年度小学20陀螺授课ppt课件
03
根据需求设计陀螺形状和尺寸
12
制作步骤与方法
钻孔
在陀螺中心位置钻 孔，用于安装转轴
组装
将转轴安装到陀螺 中心的孔中，固定 好
切割材料
按照设计图纸将材 料切割成相应形状
2024/3/23
打磨
用砂纸打磨陀螺表 面，使其光滑
调试
对陀螺进行初步调 试，确保其能正常 旋转
13
调试技巧与注意事项
保持平衡
如虚拟现实、游戏控制 、体育竞技等。
2024/3/23
6
02
陀螺的旋转原理
2024/3/23
7
旋转轴与旋转方向
01
02
03
陀螺的旋转轴
陀螺围绕自身轴线进行旋 转，该轴线为陀螺的旋转 轴。
2024/3/23
旋转方向
陀螺的旋转方向可分为顺 时针和逆时针两种，取决 于初始施力方向。
轴对称性
陀螺的形状和质量分布应 具有轴对称性，以确保其 稳定旋转。
建立应急机制
学校应建立陀螺运动应急处理机制， 一旦发生安全事故，能够及时、有效 地进行救治和处理。
26
THANKS
感谢观看
2024螺运动场上，要遵守相关规则，如禁止推搡、禁止恶意攻击 他人等，确保运动安全。
24
运动损伤的预防与处理
2024/3/23
肌肉拉伤和扭伤
在陀螺运动中，由于快速旋转和突然停止，容易导致肌肉 拉伤和扭伤。为预防此类损伤，应在运动前进行充分的热 身活动，并在运动中注意控制力度和速度。
皮肤擦伤和挫伤
摩擦力与空气阻力
在陀螺旋转过程中，摩擦力和空气阻力会对陀螺产生一定的阻力矩，降 低其旋转速度。为了提高陀螺的稳定性，需要减小这些阻力矩的影响。
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》PPT课件
对未来陀螺技术的展望
微型化与集成化
预测未来陀螺仪将朝着微型化 和集成化方向发展，实现更高
的测量精度和更小的体积。
智能化与自主化
探讨将人工智能和机器学习技 术应用于陀螺仪的可能性，实 现陀螺仪的智能化和自主化。
新原理与新技术
展望可能出现的新型陀螺仪原 理和技术，如基于量子物理、 生物仿生等前沿领域的陀螺仪 技术。
用要求。
质量控制
在装配和调试过程中进行严格的 质量控制，确保陀螺的质量和可
靠性。
04
陀螺的应用领域
航天航空领域
姿态控制
陀螺仪在航天器姿态控制系统中起到关键作用，通过测量航天器 的角速度，实现对航天器姿态的精确控制。
导航定位
陀螺仪与加速度计等传感器组合，可构成惯性导航系统，为航天 器提供自主导航和定位能力。
稳定平台
在航空摄影、遥感等领域，陀螺仪可用于稳定平台，确保高精度 成像和测量。
军事领域
导弹制导
陀螺仪在导弹制导系统中扮演重要角色，通过测量导弹的角速度和 加速度，实现导弹的精确制导。
坦克稳定
在坦克等装甲车辆中，陀螺仪可用于火炮稳定和瞄准系统，提高射 击精度。
无人机控制
陀螺仪可用于无人机的姿态控制和导航系统，确保无人机在复杂环境 下的稳定飞行。
进动角速度
与外力矩大小、陀螺转动惯量及自 转角速度有关。
陀螺的定轴性
定义
01
当陀螺在不受外力矩作用时，其自转轴将保持指向空间某一固
定方向，即具有定轴性。
定轴稳定性
02
Байду номын сангаас
陀螺的定轴稳定性与其转动惯量、自转角速度及所受干扰力矩
的大小有关。
地球自转对陀螺定轴性的影响
(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。
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。
陀螺PPT教学课件
互动性：评估教学课件的互动性，是否激发学生的学习兴趣和参与度
技术支持：评估教学课件的技术支持，是否满足教学需求，是否易于操作和维护
陀螺PPT教学课件的推广和应用
PART FIVE
在线推广：将教学课件发布到学校在线教育平台上，方便更多的学生学习和交流
发布到在线教育平台：如网易云课堂、腾讯课堂等
提供免费或付费课程：根据教学课件的内容和质量，选择合适的收费模式
01
02
推广策略：利用社交媒体、网络广告等方式进行宣传和推广
互动和反馈：鼓励学生提出问题和建议，及时更新和优化教学课件
03
04
实践教学：将教学课件应用到实际教学中，结合实际案例和实验演示，提高教学效果和质量
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
实验演示：通过实验演示，让学生直观地了解陀螺的工作原理和特性
陀螺PPT教学课件
1
陀螺PPT教学课件介绍
2
陀螺PPT教学课件的教学内容
3
陀螺PPT教学课件的教学方法
4
陀螺PPT教学课件的评估和反馈
目录
CONTENTS
5
陀螺PPT教学课件的推广和应用
陀螺PPT教学课件介绍
PART ONE
课件的背景介绍
陀螺PPT教学课件是为幼儿园、小学和初中学生设计的
课件的目的是让学生了解陀螺的历史、制作方法和玩法
教学课件的推广：通过多种渠道和方式，将陀螺PPT教学课件推广到更多的科研机构和研究人员手中，提高其知名度和影响力。
教学课件的更新和优化：根据科研工作的需求和变化，不断更新和优化陀螺PPT教学课件，提高其质量和实用性。
教学课件的评估和反馈：收集科研人员的使用反馈，评估教学课件的效果，并根据反馈进行改进和优化。
2024年度20陀螺优质教学课件
9
不同类型陀螺仪性能比较
机械陀螺仪
光学陀螺仪
结构简单，可靠性高，但精度和灵敏度较 低，适用于一般导航和稳定控制场合。
采用光学原理检测角运动信息，具有高精 度、高灵敏度和快速响应等优点，但成本 较高，适用于高精度导航和制导领域。
激光陀螺仪
微机械陀螺仪（MEMS陀螺仪）
利用激光干涉原理测量角速度信息，具有 极高的精度和稳定性，是惯性导航系统的 核心部件之一。
刚体动力学模型
将陀螺视为刚体，建立其运动方 程，分析陀螺在力矩作用下的运
动规律。
弹性力学模型
考虑陀螺转子的弹性变形，建立 弹性力学模型，分析陀螺在高速
旋转时的动态特性。
数值仿真方法
采用有限元、有限差分等数值方 法，对陀螺运动进行仿真模拟，
揭示其运动规律和力学特性。
2024/2/2
17
实际应用中力学问题探讨
2024/2/2
基于微电子机械系统技术制造的小型化、低 成本陀螺仪，广泛应用于智能手机、无人机 和消费电子产品等领域。
10
03
优质陀螺选材与制造工艺
2024/2/2
11
材料选择对陀螺性能影响
1 2
材料密度与陀螺转动惯量关系
高密度材料可增加转动惯量，提高陀螺旋转稳定 性。
Hale Waihona Puke 材料硬度与耐磨性高硬度材料可增强陀螺耐磨性，延长使用寿命。
教师点评
教师对学员的分享进行点评和总 结，指出优点和不足，提出改进 建议。同时，分享自己的教学经 验和教学方法，为学员提供更好 的学习指导。
互动讨论
组织学员进行互动讨论，就学习 过程中的难点和问题进行探讨和 解答。通过互动讨论，加深学员 对知识点的理解和掌握程度。
不同类型陀螺仪性能比较
机械陀螺仪
光学陀螺仪
结构简单，可靠性高，但精度和灵敏度较 低，适用于一般导航和稳定控制场合。
采用光学原理检测角运动信息，具有高精 度、高灵敏度和快速响应等优点，但成本 较高，适用于高精度导航和制导领域。
激光陀螺仪
微机械陀螺仪（MEMS陀螺仪）
利用激光干涉原理测量角速度信息，具有 极高的精度和稳定性，是惯性导航系统的 核心部件之一。
刚体动力学模型
将陀螺视为刚体，建立其运动方 程，分析陀螺在力矩作用下的运
动规律。
弹性力学模型
考虑陀螺转子的弹性变形，建立 弹性力学模型，分析陀螺在高速
旋转时的动态特性。
数值仿真方法
采用有限元、有限差分等数值方 法，对陀螺运动进行仿真模拟，
揭示其运动规律和力学特性。
2024/2/2
17
实际应用中力学问题探讨
2024/2/2
基于微电子机械系统技术制造的小型化、低 成本陀螺仪，广泛应用于智能手机、无人机 和消费电子产品等领域。
10
03
优质陀螺选材与制造工艺
2024/2/2
11
材料选择对陀螺性能影响
1 2
材料密度与陀螺转动惯量关系
高密度材料可增加转动惯量，提高陀螺旋转稳定 性。
Hale Waihona Puke 材料硬度与耐磨性高硬度材料可增强陀螺耐磨性，延长使用寿命。
教师点评
教师对学员的分享进行点评和总 结，指出优点和不足，提出改进 建议。同时，分享自己的教学经 验和教学方法，为学员提供更好 的学习指导。
互动讨论
组织学员进行互动讨论，就学习 过程中的难点和问题进行探讨和 解答。通过互动讨论，加深学员 对知识点的理解和掌握程度。
2024年度-20陀螺课件(共33张PPT)pptx
微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）技术是一种基于 微米/纳米级别加工技术，将微型传感器、执行器、控制器等集成于一体的系统 技术。
MEMS技术发展趋势
随着MEMS技术的不断发展，其应用领域不断拓展，同时向着更高性能、更低功 耗、更小体积的方向发展。
5
陀螺发展历程及现状
发展历程
从最早的机械陀螺到现代的光学陀螺和微机械陀螺，陀螺技术经历了不断的发 展和创新。
现状
目前，光学陀螺和微机械陀螺已成为主流，具有高精度、高可靠性、小型化等 优点。同时，随着人工智能、物联网等技术的发展，陀螺的应用领域也在不断 扩展。
6
02 陀螺仪结构与工 作原理 7
陀螺仪基本结构组成
手段提高陀螺仪的测量精度和稳定性。
10
03 光学陀螺技术及 应用 11
光学陀螺概述及分类
01
02
03
光学陀螺定义
利用光学原理测量角速度 的装置。
光学陀螺分类
根据测量原理不同，可分 为干涉式、谐振式和受激 布里渊散射式等。
光学陀螺应用领域
航空、航天、航海、兵器 等领域中的导航、制导和 控制等。
12
的需求。
22
06 未来发展趋势与 挑战 23
新型陀螺技术研究方向
光学陀螺技术
利用光学原理，研究高精 度、高稳定性的光学陀螺 ，提高测量精度和抗干扰 能力。
微机电陀螺技术
通过微纳加工技术，制造 微型化、低功耗的陀螺仪 ，满足便携式设备和微型 飞行器等领域的需求。
原子陀螺技术
基于原子干涉原理，研究 高灵敏度、高分辨率的原 子陀螺，为高精度导航和 定位提供技术支持。
利用光学谐振腔的旋转多普勒效应，通过测量谐振腔中顺时针和 逆时针传播的两束光的频率差来检测角速度。
MEMS技术发展趋势
随着MEMS技术的不断发展，其应用领域不断拓展，同时向着更高性能、更低功 耗、更小体积的方向发展。
5
陀螺发展历程及现状
发展历程
从最早的机械陀螺到现代的光学陀螺和微机械陀螺，陀螺技术经历了不断的发 展和创新。
现状
目前，光学陀螺和微机械陀螺已成为主流，具有高精度、高可靠性、小型化等 优点。同时，随着人工智能、物联网等技术的发展，陀螺的应用领域也在不断 扩展。
6
02 陀螺仪结构与工 作原理 7
陀螺仪基本结构组成
手段提高陀螺仪的测量精度和稳定性。
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03 光学陀螺技术及 应用 11
光学陀螺概述及分类
01
02
03
光学陀螺定义
利用光学原理测量角速度 的装置。
光学陀螺分类
根据测量原理不同，可分 为干涉式、谐振式和受激 布里渊散射式等。
光学陀螺应用领域
航空、航天、航海、兵器 等领域中的导航、制导和 控制等。
12
的需求。
22
06 未来发展趋势与 挑战 23
新型陀螺技术研究方向
光学陀螺技术
利用光学原理，研究高精 度、高稳定性的光学陀螺 ，提高测量精度和抗干扰 能力。
微机电陀螺技术
通过微纳加工技术，制造 微型化、低功耗的陀螺仪 ，满足便携式设备和微型 飞行器等领域的需求。
原子陀螺技术
基于原子干涉原理，研究 高灵敏度、高分辨率的原 子陀螺，为高精度导航和 定位提供技术支持。
利用光学谐振腔的旋转多普勒效应，通过测量谐振腔中顺时针和 逆时针传播的两束光的频率差来检测角速度。
陀螺PPT课件
当陀螺仪相对于地球静止时 ，其敏感轴与地球重力加速 度平行分量重合，此时陀螺 仪输出为零。
当陀螺仪绕地球旋转时，其 敏感轴与地球重力加速度平 行分量之间产生夹角，通过 测量这个夹角可以计算出陀 螺仪相对于地球的角度变化 。
角度测量通常采用加速度计 或倾斜传感器等技术，将重 力加速度分量转换为电信号 进行测量。
成本问题
光纤陀螺仪的制造成本较 高，难以在低端市场广泛 应用。
原子陀螺仪技术展望与挑战
超高精度测量
原子陀螺仪有望实现超高精度的角速度测量，满足高精度导航等应用需求。
长期稳定性好
原子陀螺仪具有长期稳定性好的特点，适用于长时间连续工作的场景。
原子陀螺仪技术展望与挑战
• 无机械运动部件：原子陀螺仪无需机械运动部件，具有更高的 可靠性和寿命。
大动态范围
光纤陀螺仪具有较大的动态范围，适用于高速旋转等应用场 景。
光纤陀螺仪技术进展与挑战
• 抗干扰能力强：光纤陀螺仪对外部干扰具有较强 的抵抗能力，保证了测量结果的稳定性。
光纤陀螺仪技术进展与挑战
光源稳定性问题
光纤陀螺仪对光源的稳定 性要求较高，需要采取特 殊措施进行保障。
光纤环圈制造难度
高精度光纤环圈的制造难 度较大，限制了光纤陀螺 仪的进一步发展。
工作原理
当陀螺受到外力作用时，其自转轴将 绕某一定点（称为极点）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。
陀螺仪组成与结构
组成
陀螺仪主要由转子、支承系统、 驱动系统、测量系统和控制系统 等组成。
结构
陀螺仪的结构形式多种多样，根 据支承方式的不同可分为液浮式 、气浮式、挠性式、静电式和磁 悬浮式等。
未来发展趋势预测与展望
《陀螺》PPT优秀课件(2024)
复杂环境适应性
在复杂环境中（如隧道、城市峡谷等），陀螺仪能够弥补GPS信号 丢失的不足，确保无人驾驶车辆的稳定导航。
自主导航能力
陀螺仪为无人驾驶车辆提供自主导航能力，使其能够在无外部信号干 扰的情况下实现精确导航和定位。
2024/1/24
18
05
陀螺仪在其他领域应用拓展
2024/1/24
19
虚拟现实技术
2024/1/24
列车定位与导航
陀螺仪与全球卫星导航系 统（GNSS）等结合，为 高速铁路列车提供精确的 定位和导航服务。
列车自动驾驶辅助
陀螺仪在高速铁路列车自 动驾驶系统中发挥重要作 用，协助实现列车的自动 控制和调度。
17
无人驾驶车辆导航与定位系统
导航定位精度提升
陀螺仪与其他传感器（如GPS、惯性测量单元等）融合，提高无人 驾驶车辆的导航定位精度。
陀螺仪可实时跟踪用户头部姿态和位置变化，将虚拟信息准确地 叠加到真实场景中。
场景融合
利用陀螺仪数据，可将虚拟物体与真实场景进行无缝融合，提升 用户体验。
互动体验
陀螺仪增强了用户在增强现实环境中的沉浸感和互动性，使体验 更加自然和流畅。
21
机器人自主导航技术
姿态稳定
陀螺仪可帮助机器人保持稳定的姿态和平衡，实 现在复杂环境中的自主移动。
中的稳定性，提高命中精度。
抗干扰能力
基于陀螺仪的导弹制导系统具有 较强的抗干扰能力，能够在复杂 电磁环境下正常工作，确保导弹
的命中率和作战效果。
2024/1/24
9
卫星姿态控制系统
01
卫星姿态测量
陀螺仪能够精确测量卫星的姿态角速度和加速度，为卫星提供准确的姿
态信息，确保卫星在轨运行的稳定性和安全性。
在复杂环境中（如隧道、城市峡谷等），陀螺仪能够弥补GPS信号 丢失的不足，确保无人驾驶车辆的稳定导航。
自主导航能力
陀螺仪为无人驾驶车辆提供自主导航能力，使其能够在无外部信号干 扰的情况下实现精确导航和定位。
2024/1/24
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05
陀螺仪在其他领域应用拓展
2024/1/24
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虚拟现实技术
2024/1/24
列车定位与导航
陀螺仪与全球卫星导航系 统（GNSS）等结合，为 高速铁路列车提供精确的 定位和导航服务。
列车自动驾驶辅助
陀螺仪在高速铁路列车自 动驾驶系统中发挥重要作 用，协助实现列车的自动 控制和调度。
17
无人驾驶车辆导航与定位系统
导航定位精度提升
陀螺仪与其他传感器（如GPS、惯性测量单元等）融合，提高无人 驾驶车辆的导航定位精度。
陀螺仪可实时跟踪用户头部姿态和位置变化，将虚拟信息准确地 叠加到真实场景中。
场景融合
利用陀螺仪数据，可将虚拟物体与真实场景进行无缝融合，提升 用户体验。
互动体验
陀螺仪增强了用户在增强现实环境中的沉浸感和互动性，使体验 更加自然和流畅。
21
机器人自主导航技术
姿态稳定
陀螺仪可帮助机器人保持稳定的姿态和平衡，实 现在复杂环境中的自主移动。
中的稳定性，提高命中精度。
抗干扰能力
基于陀螺仪的导弹制导系统具有 较强的抗干扰能力，能够在复杂 电磁环境下正常工作，确保导弹
的命中率和作战效果。
2024/1/24
9
卫星姿态控制系统
01
卫星姿态测量
陀螺仪能够精确测量卫星的姿态角速度和加速度，为卫星提供准确的姿
态信息，确保卫星在轨运行的稳定性和安全性。
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UB = U0 + △U
当△U=U0 时，UA= 0，FA= 0，UB = 2U0，最大支承力：
Fm
0.83 2
0
S
2U d0
0
2
2
F0
0.83 2
0
S
U0 d0
所以又可写成 Fm = 4F0
静电陀螺的承载能力 n Fm
mg
11
角度读取概述
角度读取 壳体相对转子极轴的转角
13
光电读取法：光轴偏离产生周期信号
当壳体转动，使极轴传感器的光轴向对转子极轴偏离一小角度 （比如向右），则在转子绕极周旋转一周的过程中，极轴光电 传感器输出周期信号。
14
质量不平衡调制法：原理
测量范围：大角度 适用类型：实心转子 质心偏于赤道平面 旋转轴通过质心 球心绕质心旋转:偏摆 转子与各电极的间隙发生周期性变化
3
结构组成：球形转子
两种类型：空心球和实心球 材料：铍（密度小、刚度大） 制造工艺： 空心球：两个薄壁半球配合而成
外径：38~50mm 壁厚：0.4~0.5mm 赤道处加厚 实心球：钽丝嵌入铍棒
让质心偏离球心 两种类型比较：
直径、静电支承力 变形、转速
4
结构组成：壳体、电极、驱动与定中
静电陀螺概述
框架陀螺：精度追求、三浮 结构复杂，成本高昂
静电陀螺(Electrostatic Gyro)：较彻底的支承革新
球形转子; 电极球腔 静电悬浮; 超高真空 静电陀螺优点： 精度高，真正的自由转子 结构简单，可靠性高 应用：战略武器、火箭 缺点：工艺复杂
1
发展概况
发展阶段 1952年提出 1970s初期0.01（0/h） 1970s中期0.0001（0/h） 1970s末期进入实用 1995年0.00001（0/h） 04年斯坦福大学10-11（0/h）
CA
2
3
0R2
d0 x
C0 (1 x / d0 )
C0 C
类似地
CB C0 C
电容改变量 Δ C 和位移 Δ x 成正比，用敏感电桥可以测出
9
支承原理：位置反馈回路
△U = kC·△C = k·△x
UA = U0 - k·△x UB = U0 + k·△x 转子受到的合力
15
质量不平衡调制法：原理
在赤道平面内间隙变化最大，沿极轴方向变化最小 间隙调制 => 电容调制 => 电极输出信号被调制
电极旋转角度影响到其输出中的调制信号的强弱
旋转角度大小和方向的判断 正八面体电极支承及其变换
静电陀螺仪的三个基本问题：
一、支承
二、读取
三、精度（误差控制）
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静电陀螺误
S
10.2487R20(E1 2S13%
)
1.37R
2
8
静电引力的方向，如图
7
支承原理：稳定性的保证
以正六面体为例，设转子沿 AB 轴朝 A 偏离Δ x
两边引力的变化会进一步把转子吸到 A 的一边
必须改变两边静电引力变化，才能抑制转子的位移。
基本思路：测量位移Δ x，改变两端电压 UA，UB
读取范围分类 小角度、大角度
读取方式分类 光电法、质量不平衡调制法
(Imbalanced Mass Modulation)
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光电读取法：刻线区和光电传感器
光电读取法：借助光电传感器扫描转子上的刻线
刻线区： 极轴处和倾斜处 光电传感器：（两个） 测量原理： 起始零位：极轴传感器输出恒值信号，倾斜传感器输出脉冲
壳体：两块陶瓷碗密封连接 电极：碗内壁制成球面电极
内壁研磨，电镀，切割 切割方案：正六、正八面体
5
支承原理：从平板到球面电极
平板电极
板间电场强度 E U
板间电容
C
d
0
S d
电场能量
W
1 CU 2
2
1 2
0
S d
U2
将 W 对 d 求导，得到静电引力公式
球面电极
F
1 2
0
8
支承原理：位移导致电极电容改变
转子位移 Δ x：通过测量电 极和转子之间电容改变量
转子位于中心时，两个电 极和转子间的电容均为
C0
0
4R 2
d0
/6
2
3
0R2
d0
转子向 A 电极移动Δ x， 两个电极和转子的间距分别 变为
dA = d0 -Δ x dB = d0 +Δ x
电容
主要研制机构： 1950s后期，美国Honeywell 和Autonetics开始研制
从 1960s 末到 1980s，法国、 英国、前苏联、中国也相继展 开静电陀螺的研制
2
结构组成：总述
球形转子 陶瓷球腔 凹形球面电极
高电压/小间隙/强电场/ 悬浮/控制回路稳定 驱动线圈：转子起旋 定中线圈：转子轴对准 钛离子泵：抽真空 光电传感 ：读取角度
F FA FB
0.83 0 S
2
U d
A A
2
U d
B B
2
1.66 0kU0
S
d
2 0
x
Kx
支承弹簧，K支承刚度
10
支承原理：承载能力
静电陀螺承载能力(Suspension Capability)：根据
UA = U0 - △U
球静平衡误差 球加工误差 球离心变形 球温度变形 重力加速度 载体加速度 振动或冲击 碗装配误差
电极球面误差 碗温度变形 电极开槽误差 碗开孔影响 杂散磁场
转子非球形
转子质心 轴向位移
转子中心线 位移
碗中心错位 电极表面
非球形
电极面积 不相等
间 隙 变 化
电电 容压 变变 化化
加速度 干扰力矩
场
强 变 化
静电场 干扰力矩
杂散磁场 干扰力矩
17
U d
2
S
1 2
0
E
2
S
每块微小面积可看作和平板情形相同
所以合力
F
1 2
0
E 2ndS
2
0E2S
6
支承原理：两种球面电极引力公式
对于正六面体电极的每块
F
0.83 2
0
E
2
S
S 1 4R2 (1 13%) 1.82R2
6
静电引力的方向，如图