陀螺仪是什么,有什么用呢

2017-09-09大郭18 的分享

  第一次听到陀螺仪,是不是觉得很陌生,不知道是什么东西,但其实在我们的手机中就有这个东西,它主要是用来检测手机姿态的,还有很多其他功能。那么接下来就由小编来给大家好好的普及普及下吧!

陀螺仪是什么,有什么用呢   三联

  神秘的陀螺仪是什么?陀螺仪的介绍

  绕一个支点高速转动的刚体称为陀螺(top)。通常所说的陀螺是特指对称陀螺,它是一个质量均匀分布的、具有轴对称形状的刚体,其几何对称轴就是它的自转轴。 由苍蝇后翅(退化为平衡棒)仿生得来。

陀螺仪是什么

  在一定的初始条件和一定的外在力矩作用下,陀螺会在不停自转的同时,还绕着另一个固定的转轴不停地旋转,这就是陀螺的旋进(precession),又称为回转效应(gyroscopic effect)。陀螺旋进是日常生活中常见的现象,许多人小时候都玩过的陀螺就是一例。

陀螺仪是什么

  人们利用陀螺的力学性质所制成的各种功能的陀螺装置称为陀螺仪(gyroscope),它在科学、技术、军事等各个领域有着广泛的应用。比如:回转罗盘、定向指示仪、炮弹的翻转、陀螺的章动、地球在太阳(月球)引力矩作用下的旋进(岁差)等。

陀螺仪是什么

  陀螺仪的种类很多,按用途来分,它可以分为传感陀螺仪和指示陀螺仪。传感陀螺仪用于飞行体运动的自动控制系统中,作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器。指示陀螺仪主要用于飞行状态的指示,作为驾驶和领航仪表使用。

陀螺仪是什么

  现在的陀螺仪分为,压电陀螺仪,微机械陀螺仪,光纤陀螺仪,激光陀螺仪,都是电子式的,可以和加速度计,磁阻芯片,GPS,做成惯性导航控制系统。

陀螺仪是什么

  对于不熟悉这类产品的人来说,陀螺仪传感器是一个简单易用的基于自由空间移动和手势的定位和控制系统。在假象的平面上挥动鼠标,屏幕上的光标就会跟着移动,并可以绕着链接画圈和点击按键。当你正在演讲或离开桌子时,这些操作都能够很方便地实现。 现在陀螺仪传感器原本是运用到直升机模型上的,现在已经被广泛运用于手机这类移动便携设备上(IPHONE的三轴陀螺仪技术)。

  陀螺仪的发明

  现在手机里面的陀螺仪传感器已经进化成一块小小的芯片了,但是在陀螺仪出现的时候,它确是一个机械装置。

  目前,人们普遍认为是1850年法国的物理学家莱昂·傅科(J.Foucault)为了研究地球自转,发明了陀螺仪。那个时代的陀螺仪可以理解成把一个高速旋转的陀螺放到一个万向支架上面,这样因为陀螺在高速旋转时保持稳定,人们就可以通过陀螺的方向来辨认方向,确定姿态,计算角速度。

  万向支架可以保证无论怎么转动,陀螺都不会倒,万向支架这个东西最早可以追溯到中国几千年前的香炉。

1

  陀螺仪发明以后,首先被用在航海上(当年还没有发明飞机),后来被用在航空上。因为飞机飞在空中,是无法像地面一样靠肉眼辨认方向的,而飞行中方向都看不清楚危险性极高,所以陀螺仪迅速得到了应用,成为飞行仪表的核心。

  到了第二次世界大战,各个国家都玩命的制造新式武器,德国人搞了飞弹去炸英国,这是今天导弹的雏形。从德国飞到英国,千里迢迢怎么让飞弹能飞到,还能落到目标呢?

  于是,德国人搞出来惯性制导系统。惯性制导系统采用用陀螺仪确定方向和角速度,用加速度计测试加速度,然后通过数学计算,就可以算出飞弹飞行的距离和路线,然后控制飞行姿态,争取让飞弹落到想去的地方。

2

  二战时候,计算机也好,仪器也好,精度都是不太够的,所以德国的飞弹偏差很大,想要炸伦敦,结果炸得到处都是,颇让英国人恐慌了一阵。

  不过,从此以后,以陀螺仪为核心的惯性制导系统就被广泛应用于航空航天,今天的导弹里面依然有这套东西,而随着需求的刺激,陀螺仪也在不断进化。

  陀螺仪的进化

  最早的陀螺仪都是机械式的,里面真有高速旋转的陀螺,而机械的东西对加工精度有很高的要求,还怕震动,因此机械陀螺仪为基础的导航系统精度一直都不太高。

  于是,人们开始寻找更好的办法,利用物理学上的进步,发展出激光陀螺仪,光纤陀螺仪,以及微机电陀螺仪(MEMS)。

  这些东西虽然还叫陀螺仪,但是它们的原理和传统的机械陀螺仪已经完全是两码事了。

  光纤陀螺仪利用的是萨格纳克(Sagnac)效应,通过光传播的特性,测量光程差计算出旋转的角速度,起到陀螺仪的作用,替代陀螺仪的功能。

3

  激光陀螺仪也是通过算光程差计算角速度,替代陀螺仪。

  微机电陀螺仪则是利用物理学的科里奥利力,在内部产生微小的电容变化,然后测量电容,计算出角速度,替代陀螺仪。

  iPhone和我们的智能手机里面所用的陀螺仪,就是微机电陀螺仪(MEMS)。

4

  目前,传统上的机械陀螺仪正在被淘汰,有高精度需求的地方用的是激光陀螺仪,而普及方面则是微机电陀螺仪。

  因为微机电陀螺仪(MEMS)属于微电子产品,发展迅速,而且成本越来越低,所以用途越来越广。我们的智能手机因为有检测动态的需求,于是就用上了微机电陀螺仪(MEMS)。

  陀螺仪有什么用?

  陀螺仪用于重构空间动作

  2010年,iPhone 4的诞生绝对是手机发展史中里程碑式的事件,作为乔布斯生前发布的最后一款手机,它身上实在有太多亮点,双玻璃的经典外观、苹果自研的第一款A4处理器、视网膜屏幕等等,以至于另一个重大亮点“陀螺仪”有些被埋没,然而这的确是第一款采用了陀螺仪传感器的手机。

  作为定义来讲,维基百科解释“陀螺仪是一种用来传感与维持方向的装置,基于角动量守恒的理论设计出来“,这句话很好地解释了陀螺仪的作用在于测量和维持方向。之所以把它加入到手机中,是因为传统采用的加速度计只能检测轴向的线性动作,没法测量、重构完整的3D动作。而陀螺仪就是为了帮助了计算机重构空间上的动作模型。

  除了我们熟悉的智能手机以外,汽车上也用了很多微机电陀螺仪,在高档汽车中,大约采用25至40只MEMS传感器,用来检测汽车不同部位的工作状态,给行车电脑提供信息,让用户更好的控制汽车。

6

  而在游戏机里面,各种体感操作功能的背后都是微机电陀螺仪(MEMS)。

  在无人机、穿戴式设备,物联网,甚至现在热炒的工业4.0,互联网+上面,同样离不开它,只要是需要检测运动状态的地方,就有微机电陀螺仪(MEMS)。

  这个小东西却让我们的生活有了翻天覆地的改变,如果没有它,就没有飞机,没有火箭,没有现代生活。小小的陀螺仪,让我们的世界变得更美好。

    相关文章

TA发布的帖子

1087

收藏

1085