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谁能讲讲陀螺仪的原理？机械转子式陀螺仪的主要构造是高速旋转的陀螺转子和陀螺主轴。通过在陀螺主轴上安装内环架，即可构成单自由度陀螺仪（总共两自由度）。若再在外环架之外添加一环，则形成双自由度陀螺仪（共有三自由度）。再辅以驱动陀螺转子高速旋转的力矩马达和信号传感器等组件，一个完整的陀螺仪就诞生了。机械转子陀螺仪主要依赖角动量守恒定律中的定轴性和进动性两大特性来进行角速度测量。（1）定轴性指的是陀螺转子在高速旋转且没有外力作用时，其自转轴在惯性空间中会保持稳定不变的指向，即始终指向一个固定的方向。（2）进动性则表现为当陀螺转子高速旋转时，若外力矩作用于外环轴，陀螺主轴将绕内环转动；若外力矩作用于内环轴，陀螺主轴将绕外环转动。这种转动角速度的方向与外力矩的作用方向是相互垂直的。陀螺仪的制造材料和技术不断发展，使其在精度、尺寸、重量等方面不断突破。陕西船用惯导

陀螺仪是什么？陀螺仪器较早是用于航海导航，但随着科学技术的发展，它在航空和航天事业中也得到普遍的应用。陀螺仪器不只可以作为指示仪表，而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件，即可作为信号传感器。根据需要，陀螺仪器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号，以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线飞行，而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中，则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制。陕西船用惯导未来，随着人工智能和自动驾驶技术的发展，陀螺仪将继续发挥关键作用，支持智能交通和自动化系统的实现。

人们从儿童玩的地陀螺中早就发现高速旋转的陀螺可以竖直不倒且保持与地面垂直，这就反映了陀螺的稳定性。陀螺罗盘，供航行和飞行物体作方向基准用的寻找并跟踪地理子午面的三自由度陀螺仪。其外环轴铅直，转子轴水平置于子午面内，正端指北；其重心沿铅垂轴向下或向上偏离支承中心。转子轴偏离子午面时同时偏离水平面而产生重力矩使陀螺旋进到子午面，这种利用重力矩的陀螺罗盘称摆式罗盘。21世纪发展为利用自动控制系统代替重力摆的电控陀螺罗盘，并创造出能同时指示水平面和子午面的平台罗盘。

作为稳定器，陀螺仪器能使列车在单轨上行驶，能减小船舶在风浪中的摇摆，能使安装在飞机或卫星上的照相机相对地面稳定等等。作为精密测试仪器，陀螺仪器能够为地面设施、矿山隧道、地下铁路、石油钻探以及导弹发射井等提供准确的方位基准。由此可见，陀螺仪器的应用范围是相当普遍的，它在现代化的国家防护建设和国民经济建设中均占重要的地位。此处我们重点介绍在电子领域中现在比较流行的MEMS陀螺仪。普遍使用的MEMS陀螺（微机械）可应用于航空、航天、航海、兵器、汽车、生物医学、环境监控等领域。陀螺仪可以用于运动追踪和姿态识别，如体育训练、虚拟现实等领域。

陀螺仪的基本构成（以机械式陀螺仪为例）：（1）转子：常使用电机（比如同步电机、磁滞电机、三相交流电机等）驱动陀螺转子绕其自转轴高速旋转，并使其转速近似保持为常值；（2）自转轴；（3）万向坐标系（内、外环）：使陀螺自转轴获得所需角转动自由度；（4）力矩马达、信号传感器等。使用陀螺仪/利用陀螺仪原理的产品/设备，惯性导航仪、体感设备（Joycon/wii等）、智能手机、穿戴设备（智能手表/手环）、飞行器/无人机、电子摄影设备、稳定器、AR/VR、机器人、游戏控制器/游戏手柄、自行车（轮子转的越快越不容易倒）。陀螺仪具有高灵敏度、高稳定性和抗干扰能力，能满足各种极端环境下的测量需求。陕西船用惯导

陀螺仪在航空航天领域中，可以用于飞行器的姿态控制和导航定位。陕西船用惯导

激光陀螺仪，它的结构原理与上面几种陀螺仪完全不同。激光陀螺实际上是一种环形激光器，没有高速旋转的机械转子，但它利用激光技术测量物体相对于惯性空间的角速度，具有速率陀螺仪的功能。激光陀螺仪的结构和工作是：用热膨胀系数极小的材料制成三角形空腔。在空腔的各顶点分别安装三块反射镜，形成闭合光路。腔体被抽成真空，充以氦氖气，并装设电极，形成激光发生器。激光发生器产生两束射向相反的激光。当环形激光器处于静止状态时，两束激光绕行一周的光程相等，因而频率相同，两个频率之差(频差)为零，干涉条纹为零。当环形激光器绕垂直于闭合光路平面的轴转动时，与转动方向一致的那束光的光程延长，波长增大，频率降低；另一束光则相反，因而出现频差，形成干涉条纹。单位时间的干涉条纹数正比于转动角速度。激光陀螺的漂移率低达0.1～0.01度/时，可靠性高，不受线加速度等的影响，已在飞行器的惯性导航中得到应用，是很有发展前途的新型陀螺仪。陕西船用惯导