陀螺仪传感器陀螺仪是如何工作的它有哪些重要应用

陀螺仪传感器陀螺仪是相当神奇的物件，它们以奇特的方式移动，似乎无视引力。这些设备的特性使它们成为飞机、空间站和其他各种需要处理旋转的技术中的重要设备。

陀螺仪是什么?

根据《牛津英语词典》，陀螺仪是一种“装有轮子或圆盘的装置，它可以绕轴快速旋转，而轴本身可以自由改变方向。”轴的方向不受安装倾斜的影响。”

虽然这个定义很好，但它并没有真正解释它们是如何工作的，或者为什么它们如此重要。为了更好地理解这一点，我们首先需要看看它们的“奇怪行为”。

虽然它们表面上看起来像简单的物体，但它们可以表演一些非常奇怪的把戏。

当轮子不旋转时，陀螺仪实际上是过度设计的。如果你试着让它站起来，它就会摔倒。关键在于它们的旋转。

也许你小时候玩过陀螺仪? 也许你有指尖陀螺? 如果是这样，你会记得它们是如何表演许多有趣的把戏的。例如，当它运动时，你可以在绳子或手指上保持平衡。

当你把它从支架上悬挂起来时，你甚至可以让它倾斜一个角度，它看起来就像悬浮在空中，尽管是在绕着支架旋转。更令人印象深刻的是，你可以用一根绳子绕着陀螺的一端提起陀螺。

陀螺仪的起源

在古代中国，可以追溯到公元前500年，一种模仿蜻蜓的有趣的玩具叫“竹蜻蜓”。这种玩具很受孩子们的欢迎。当他们用手摩擦这个玩具时，它就飞到空中去了。孩子们做了个有趣的实验，看谁的竹蜻蜓飞得最远，飞得最高。竹蜻蜓是一种较早的陀螺仪，已有2500多年的历史。但是“陀螺仪”这个名字直到19世纪中叶才出现。陀螺仪是由一位法国物理学家Jean-Bernard-Léon福柯发明的，他将两个希腊词根结合在一起，将自己的实验仪器命名为地球自转观测仪器: gyros意为“旋转”，skopeein意为“看到”。在他证明地球自转的实验中，他发现陀螺仪可以保持它们在空间中的原始方向，不管地球自转。这种独特的优点制造的陀螺仪是完美的传感器，以检测和测量旋转物体的角速度，车辆偏离其期望的方向。自此，陀螺仪被广泛应用于自主导航系统中。

根据《大英百科全书》，第一个可用的陀螺罗盘是由德国发明家H. Anschütz-Kaempfe在1908年发明的。它的发明是为了在潜水器中使用。然后，在1909年，美国发明家埃尔默·A·斯佩里发明了第一个自动驾驶仪。它由陀螺仪组成，用来测量飞机的旋转速度。通过收集这些信息，陀螺仪可以帮助稳定飞机的飞行。1916年，陀螺仪被一家德国公司用于一艘丹麦客船的辅助驾驶。此后，陀螺仪在姿态控制和导航系统中越来越受欢迎。

陀螺仪的工作原理

陀螺仪的原理是旋转物体的旋转轴在不受外力影响的情况下，其方向不会改变。根据这个原因，人们用它来保持方向。然后采用多种方法读取轴所指示的方向，并将数据信号自动传输到控制系统。我们骑自行车就利用了这一原则。车轮转得越快，越不容易，因为轮轴有维持水平的力。现代陀螺仪能够准确地确定运动物体的位置，在现代航空、导航、航天和国防工业中得到广泛的应用。常规惯性陀螺仪的主要部件是机械陀螺仪，而机械陀螺仪对工艺结构要求较高。70年代，现代光纤陀螺仪的基本思想被提出。80年代以后，光纤陀螺仪得到了迅速的发展，激光谐振陀螺仪也取得了很大的进步。光纤陀螺仪具有结构紧凑、灵敏度高、工作可靠等优点。在许多领域，光纤陀螺仪已经完全取代了传统的机械陀螺仪，成为现代导航仪器的关键部件。

对这种现象的解释很难直观地理解。它们对抗重力的能力是角动量的产物，角动量受到圆盘上扭矩的影响，就像重力一样，使旋转的圆盘或车轮产生陀螺进动。

这种现象也被称为陀螺仪运动或陀螺仪力，它已经被证明对我们人类非常有用。这些术语指的是旋转物体(不仅仅是陀螺仪)保持其旋转方向的趋势。

因此，旋转的物体具有角动量，如前所述，这必须是守恒的。正因为如此，旋转的物体倾向于抵制其旋转轴的任何变化，因为方向的变化将导致角动量的变化。

进动的另一个例子也发生在地球上。正如你所知，地球的旋转轴实际上与垂直方向有一定的夹角，由于垂直方向的夹角，当旋转轴旋转时，垂直方向绕着一个圆。