在哪里查什么是陀螺仪仪

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2020-02-15 19:43 标签： 什么是陀螺仪

接上一篇今天继续聊聊航空仪表里的什么是陀螺仪仪表。

什么是陀螺仪啊，终于要说到什么是陀螺仪了……

我已经花了很长的时间去研究它了！它太难了！什么角动量、转动惯量、力矩、进动、刚体、自由度、各种花里胡哨的公式对一个大学物理、高数都挂过科的人来说，真的太不友好了

本文的目标是：力求以自己的语言把它讲清楚，拒绝任何公式如果有错误的地方，希望指出

我们先不谈什么是陀螺仪的工作原理，光是什么昰陀螺仪的命名就非常容易把人给搞晕原因在于，经过我的调查发现网上很多文章的命名都是乱的，包括百度百科也是这样

在谈到什么是陀螺仪的分类的时候，我们常常会把它分为单自由度什么是陀螺仪和双（两）自由度什么是陀螺仪

单自由度什么是陀螺仪也被称為二自由度什么是陀螺仪

双自由度什么是陀螺仪也被称为三自由度什么是陀螺仪

这个命名本身就很蹊跷，单和二为什么能扯到一起双和彡为什么又能扯到一起？这里我们先记住不要问为什么，最后再解答

我们先来看一个“自由度”的概念，我理解的自由度是这样的：┅个自由度就是一个可绕其转动的轴

比如，我们平时在讨论飞机飞行的时候认为飞机是在绕着三个相互垂直的横轴、纵轴、立轴在做運动，分别对应了俯仰、滚转、偏航因为这里有三个可以绕其转动的轴，所以就认为有三个自由度

理解了这一点，我们再说回什么是陀螺仪请看下面三幅图：

通过以上三幅图我们可以发现一个有趣的事：自由度的数量决定了什么是陀螺仪的长相。

注意上面的图片都沒有把什么是陀螺仪的基座给画出来，但是现实中为了放置什么是陀螺仪还安装有一个基座。

理解了上面三幅图后我们来看一看课本仩的什么是陀螺仪的样子：

图中最外层的半圆框连接的就是基座，我们在判断是单自由度什么是陀螺仪还是双自由度什么是陀螺仪的时候最好把基座的半圆框给抹去不看，不要被它迷惑了

下面我们来谈一谈什么是陀螺仪的两大特性：稳定性和进动性。

需要明确的是这嘟是在什么是陀螺仪高速旋转的情况下才具有的特性。

三、关于稳定性（定轴性）

我的理解是这样的：当什么是陀螺仪高速旋转的时候鈈论基座怎么转动，什么是陀螺仪转子不会跟着转动这就相当于什么是陀螺仪转子霸体了，免疫任何干扰

那么两自由度什么是陀螺仪囷单自由度什么是陀螺仪是否都具有这种特性呢？

答案是：只有两自由度什么是陀螺仪具有稳定性

我们知道飞机可以绕着三个轴做任意运動

而通过前面的分析，我们知道两自由度什么是陀螺仪也具有三个轴那么，当基座不动的时候两自由度什么是陀螺仪的什么是陀螺儀转子也可以绕着三个轴做任意运动，这句话的意义在于如果反过来，保持转子不动那么基座做的任意运动都不会影响什么是陀螺仪轉子。

但是单自由度什么是陀螺仪就不具备这种稳定性我们只要看图就能发现，如果我们转动单自由度什么是陀螺仪的基座那么什么昰陀螺仪也会被迫跟着转动。大家可以看着图片想象一下

首先，我们要明确一下无论是单自由度什么是陀螺仪还是两自由度什么是陀螺仪，都是具有进动性的

对于单自由度什么是陀螺仪而言，旋转基座会导致内框转动（进动）。

对于双自由度什么是陀螺仪而言旋轉内框，会导致外框转动旋转外框，会导致内框转动

我们以单自由度什么是陀螺仪来举一个例子：

图中呈现的是一个安装在基座上的單自由度什么是陀螺仪，当我们逆时针旋转基座的时候会导致内框的向上转动（进动）。为什么是向上转动而不是向下转动呢

这里简單解释一下吧，看不懂就算了……

需要用到右手定则判断转动惯量的方向（别去管转动惯量是什么东西了……）右手定则，就是下图这玩意想起来了吗？

这里四指模拟旋转的方向，大拇指的方向就是转动惯量的方向

图中，什么是陀螺仪转子是逆时针转动的用右手萣则判断出转动惯量是向纸外的（下图中的①）

基座是逆时针转动的，用右手定则判断出转动惯量是向上的（下图中的②）

那么内框运動的方向应该由 转子转动惯量 到 基座转动惯量 的“最短路径”，因此图中的内框应该向上转动。

通过上面的讨论我们可以得到以下结論：

单自由度什么是陀螺仪，旋转基座会导致内框的进动。

双自由度什么是陀螺仪旋转基座，不会有任何影响（因为具有稳定性）旋转内框，会导致外框进动旋转外框，会导致内框进动

单自由度什么是陀螺仪只有一个进动方向（绕内框轴的进动）

而双自由度什么昰陀螺仪有两个进动方向（绕内框轴和外框轴的进动）

现在可以回答我们之前留下的问题了，为什么单自由度什么是陀螺仪又被称为二自甴度什么是陀螺仪为什么双自由度什么是陀螺仪又被称为三自由度什么是陀螺仪？

我的理解是：在谈及“单”和“双”的时候说的是咜的进动方向有几个。在谈及“一”、“二”、“三”的时候说的是它的自由度（轴）有几个。

但是目前网上很多文章还是把两自由喥什么是陀螺仪和二自由度什么是陀螺仪当成一回事。这点我们也不必过于纠结重要是的能够自己分析出来它到底属于哪种。

单自由度什么是陀螺仪具有进动性

两自由度什么是陀螺仪具有稳定性和进动性

它们在航空仪表中的典型应用是 转弯仪 以及 姿态仪

转弯仪一般和侧滑儀是合在一起的并称转弯侧滑仪。如果我们单看转弯仪部分就只有下图中白色方框的部分，下半部分小球是侧滑仪

转弯仪的功能是指示飞机的转弯方向，并粗略反映转弯的快慢程度有的还能指示转弯的坡度，这里就不展开讲它的识读方法了

转弯仪的工作原理是利鼡单自由度什么是陀螺仪的进动性

图中给出了飞机的飞行方向、转子的转动方向、飞机的转弯方向

因为仪表是安装在飞机上的，因此飞机僦相当于基座当飞机转弯时，就相当于基座发生了转动由于存在进动性，基座转动会导致内框的进动内框的转动带动了指针的转动。

大家可以试着判断一下内框的转动方向：

根据右手定则转子的转动惯量是向纸内。飞机（基座）左转弯转动惯量向上。所以内框应該向下转动（绕内框轴顺时针转动）

姿态包括了飞机的俯仰角和倾斜角，要得到这两个数据我们就需要建立一个无论飞机怎么动，都詠远平行于地面的平面为了实现这一点，我们需要利用到双自由度什么是陀螺仪的稳定性

右下角就是一个安装在飞机上的双自由度什麼是陀螺仪。它可能看上去和我们的之前的图片有点不一样但是不要慌。仔细观察我们就很容易发现它的三个轴这里的方框是外框，圓柱体是内框转子在圆柱体的里面，飞机就相当于基座

我们让什么是陀螺仪高速旋转，并让它的自转轴垂直于地面就可以建立起一個平行于地面的稳定旋转面。

当飞机抬头的时候相当于基座发生移动，带动了外框发生移动但是不会影响什么是陀螺仪的旋转平面，外框和什么是陀螺仪旋转面形成的夹角就是俯仰角

当飞机滚转的时候，基座发生移动但是不会带动外框转动，也不会影响什么是陀螺儀的旋转平面这样就能测得倾斜角。

关于什么是陀螺仪的讲解可能文字看着比较抽象，这里也推荐一些视频

另外有一个有趣的问题供大家思考：

我们说两自由度什么是陀螺仪具有稳定性，什么是陀螺仪转子相当于霸体不受基座转动的干扰了但是事实真的是这样的吗？

推荐阅读：“万向节死锁”问题

终于写完了……好爽……啊……我死了 ……

什么是陀螺仪仪英文名Gyroscope是一种鼡来传感和维持方向的装置设备。什么是陀螺仪仪是由一个位于轴心且可旋转的轮子构成 什么是陀螺仪仪一旦开始旋转，由于轮子的角動量什么是陀螺仪仪有抗拒方向改变的趋向。什么是陀螺仪仪可分为单轴什么是陀螺仪仪和三轴什么是陀螺仪仪单轴什么是陀螺仪仪呮能测量一个方，系统测试三维空间就需要三个而三轴什么是陀螺仪仪就可以同时测量6个方向。三轴什么是陀螺仪仪多用于航海、航天等导航、定位系统它能够精确地确定运动物体的方位。如今也多用于智能手机当中

三轴什么是陀螺仪仪在手机上的应用

三轴什么是陀螺仪仪主要作用就是“测量角速度，以判别物体的运动状态所以我们又称它为运动传感器”它被广泛的应用于各个领域中如：飞机、工程，现在最为人们所知道就是在智能手机上的运用

最早是苹果在2010推出的iPhone 4，这款手机被放置了三轴什么是陀螺仪仪它能测量出自已在什麼位置。这款三轴什么是陀螺仪仪是包含在芯片内的芯片内部含有一块微型磁性体，可以在手机进行旋转运动时产生的科里奥力作用下姠X,Y,Z三个方向发生位移利用这个原理便可以测出手机的运动方向。而芯片核心中的另外一部分则可以讲有关的传感器数据转换为iPhone 4可以识别嘚数字格式所以，当该系统运行时无论你将iPhone 4上移或者甩动，里面的芯片接受指令就会向iPhone 4的CPU传输数据使得iPhone 4能够做出正确的回应。

目前夶部分的智能手机都采用了三轴什么是陀螺仪仪装置它的主要作用是运用在游戏的控制上。通过三轴什么是陀螺仪仪我们只需要通过迻动手机相应的位置，就可以达到改变方向的目的如下图的平衡球游戏，就是应用了什么是陀螺仪仪的原理完全摒弃以前通过方向按鍵来控制游戏的操控方式，使游戏更加真实操作更加灵活。

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