我們都知道,只有當手機或攝像機相對“穩定”我們才能拍出精美的畫面或視頻。而能夠讓“穩拍器”始終保持穩定的主要秘密就是“加速度和陀螺儀”傳感器。為什么說“加速度和陀螺儀”傳感器是自拍神器的主要秘密呢?因為穩拍器的主要就是對“相機”姿態的檢測,然后根據“相機”的姿態變化實時的控制與“相機”連接的電機做相應動作,只要電機控制的夠快,就能保證“相機”始終穩定在固定位置。不管你的手左右晃動還是上下晃動,在穩拍神器的控制下你的“相機”就會雷打不動,從而拍出穩定的照片和畫面。陀螺儀可以用于無人機的姿態控制和導航,提供準確的飛行數據。船用慣性導航系統
作為穩定器,陀螺儀器能使列車在單軌上行駛,能減小船舶在風浪中的搖擺,能使安裝在飛機或衛星上的照相機相對地面穩定等等。作為精密測試儀器,陀螺儀器能夠為地面設施、礦山隧道、地下鐵路、石油鉆探以及導彈發射井等提供準確的方位基準。陀螺儀在生活和特種領域都有重要作用。小到手機,大到衛星,都能見到它的身影。飛行器姿態控制是陀螺特性的重要應用,是定軸性的體現。垂直陀螺儀給飛行器建立地垂線基準,道理很簡單,飛行器在空中飛行過程中,不管姿態如何改變,垂直陀螺儀始終指向垂直方向不變,從而提供有關姿態角的信息。當然,由于陀螺自身漂移和環境變化,需要修正裝置隨時校準修正。北京慣性導航系統供應陀螺儀可以用于地震監測和結構健康監測,提供準確的振動和位移測量。
陀螺儀其他領域的應用:在航空航天以及特種武器中,陀螺儀作為慣性制導系統的重要組成部分,用于測量和控制飛行物體的轉彎角度和航向指示。此外,陀螺儀還應用于虛擬現實設備中,通過檢測用戶的頭部運動,實現更自然的視覺交互體驗。總之,陀螺儀通過其獨特的角動量守恒特性,在多個領域和設備中發揮著不可或缺的作用,從提升游戲體驗到增強導航精度,再到實現更穩定的拍照功能,陀螺儀技術的應用普遍且重要。讓我們回溯至機械轉子式陀螺儀的誕生。1850年,法國物理學家J.Foucault在探索地球自轉的過程中,發現高速旋轉的轉子在沒有外力作用下,其自轉軸會始終指向一個固定的方向,因此他將這種裝置命名為陀螺儀。陀螺儀一經問世,便在航海領域大放異彩,隨后又在航空領域發揮了不可替代的作用。因為在萬米高空,只憑肉眼很難辨別方向,而飛行中一旦失去方向感,其危險性可想而知。
主要工作原理:角動量守恒定律,角動量守恒定律是指系統所受合外力矩為零時系統的角動量保持不變。角動量的定義:物體矢徑和其動量的叉積:(1)矢量的計算:叉積和點積,假設a、b為兩個矢量,之間的夾角為θ,則點積:a · b = abcosθ(標量),叉積:a x b = absinθ(矢量,方向由右手螺旋定則決定,四指由a彎向b,大拇指方向即為叉積方向)。(2)角動量計算:物體矢徑和動量的叉積,r為矢徑,數值為物體到旋轉中心的距離,方向為旋轉中心指向物體的方向矢量;p為動量,數值為物體質量與線速度的乘積p=mv,方向為線速度v的方向;以該圖的方向為例,依據角動量公式,可以得到角動量L的方向為豎直向上。(3)陀螺的角動量守恒,假設一個陀螺不受空氣阻力(合外力力矩=0),陀螺與地面的接觸面無限小(矢徑=0),則角動量的合力矩為0,即角動量守恒。陀螺儀的發展推動了慣性導航和航空航天技術的進步,提高了導航精度和安全性。
集成光學陀螺儀,隨著集成光路的發展,可在單塊芯片上實現非常復雜的功能,可以將幾毫米直徑的集成環形腔激光器、光電檢測電路都集成在同一芯片上,作為集成光學陀螺儀的敏感元件,這樣可以較大程度上減小現有光學陀螺儀的質量和尺寸,降低成本和功耗,更好地控制熱效應,增加可靠性,因此利用集成光學技術制造的光學陀螺儀具有良好的發展前景。目前,圍繞著集成環形腔激光器已經展開了普遍的研究,但是關鍵技術還有待突破。此外,包括核磁諧振和超流體等的頂端技術也已經得到了驗證,未來也將在新型陀螺儀上得到應用。將一個陀螺放置在桌面上,它會向一個方向傾倒,但如果將其旋轉起來,它便能夠穩穩地立在桌子上,只要旋轉不止,它就不會傾倒。陀螺儀在某些領域的應用具有重要意義,如導彈制導、潛艇導航等。車載航姿儀使用方法
陀螺儀在機器人領域具有重要作用,幫助機器人實現復雜動作和精確控制。船用慣性導航系統
振動陀螺儀,MEMS陀螺儀因其體積小、成本低、易批量生產等優勢,現階段已基本占據低精度市場,隨著工藝水平、計算機技術和數據算法的不斷發展,其精度性能有望實現質的突破,進入慣性級陀螺儀應用領域。半球諧振陀螺儀較好地滿足理想慣性傳感器的性能指標,在成功應用到空間領域的基礎上,向航海領域的推廣已成為必然趨勢,例如,法國已將半球諧振陀螺儀作為新一代海洋導航定位系統的主要慣性導航設備,賽峰電子與防務公司基于HRG Crystal技術研發的布盧·瑙特(BlueNaute)系列慣性導航系統,已開始應用到工程船舶、科考船和海警船等載體上[20];另外,結合新型制作工藝,大力開發基于MEMS技術的微半球諧振陀螺儀(micro-HRG, MHRG)也是未來的熱點研究方向。船用慣性導航系統