陀螺仪基本特性试验

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陀螺仪的基本特性

3.2 陀螺仪的基本特性双自由度陀螺的两个基本特性是：进动性和定轴性。

3.2.1 陀螺仪的进动性简单的说陀螺的进动性是指当陀螺受到外力矩的作用时，所产生的一种复合扭摆运动，其进动角速度的方向垂直于外力矩的方向，其进动角速度的大小正比与外力矩，或者说，陀螺进动的方向为角动量以最短距离导向外力矩的方向。

为了便于理解，我们以二自由度的框架陀螺为例，其进动表现为：外力矩如沿着内框轴作用时，则陀螺仪绕外框转动；若外力矩沿外框轴作用时，则陀螺绕内框转动。

3.2.2 陀螺仪的定轴性陀螺的定轴性是指转子绕自转轴高速旋转时，如果不受外力矩的作用，自转轴将相对于惯性空间保持方向不变。

换言之，双自由度陀螺具有抵抗干扰力矩，力图保持转子轴相对惯性空间的方位稳定的特性。

在实际的陀螺仪中，由于结构和工艺的不尽完善，总是不可避免的存在干扰力矩，因此，考查陀螺仪的定轴性，更有实际意义的是考查有干扰情况下，在有限的时间内，自转轴保持方位稳定的能力。

由陀螺仪的进动性可以知道，在干扰力矩的作用下，陀螺将产生进动，使得自转轴偏离原有的方位，这种方位偏差就称为漂移。

一般说来，框架陀螺仪的漂移较大，从几度每小时到几十度每小时不等，这就是为什么框架式陀螺测斜仪在测量前要求标桩对北，测量结束后还必须校北的原因。

3.3 陀螺仪的表观进动由于陀螺仪自转轴相对于惯性空间保持方位不变（当陀螺仪的漂移足够小；同地球自转引起的地球相对惯性空间方位变化比较，可近似的认为陀螺仪相对惯性空间的方位不变），而地球以其自转角速度绕极轴相对惯性空间转动，所示观察者若以地球为参考基准，将会看到陀螺仪自转轴相对地球转动，这种相对运动称为陀螺仪的表观运动。

表观运动的实质是陀螺仪可以跟踪测量地球自转角速度。

例如在地球任意纬度处，放置一个高精度的二自由度陀螺仪，并使其自转轴处于当地垂线位置，如图所示，可以看到陀螺的自转轴将逐渐偏离当地的地垂线，而相对地球作圆锥面轨迹的表观进动，每24小时进动一周。

陀螺仪原理1基本特性

陀螺仪原理1基本特性陀螺仪是一种测量和操控物体旋转姿态和角速度的仪器。

它的原理基于陀螺的力矩和角动量守恒。

陀螺仪主要由陀螺和测量装置组成，其中陀螺是陀螺仪的核心部件，而测量装置用于测量陀螺的角速度和姿态。

陀螺的基本特性如下：1.稳定性：陀螺具有很高的稳定性，不受外力的干扰。

这是因为陀螺在转动过程中，会生成一个力矩，使得它的旋转轴保持不变。

这种稳定性使得陀螺仪能够准确地测量物体的旋转姿态和角速度。

2.精度：陀螺仪具有很高的精度，能够测量微小的角度变化和角速度。

3.抗干扰性：陀螺仪具有很强的抗干扰能力，可以排除外界的振动和加速度干扰。

这是通过使用惯性测量装置和滤波算法来实现的。

4.快速响应：陀螺仪能够快速地响应外界的变化，准确地反映物体的旋转姿态和角速度变化。

陀螺仪的工作原理如下：1.陀螺力矩：当陀螺旋转时，其转动轴总是保持不变。

这是因为旋转产生了一个力矩，使得陀螺的旋转轴始终与外界力矩的方向相同。

这个力矩称为陀螺力矩，它使得陀螺能够保持稳定的旋转。

2.角动量守恒：根据角动量守恒定律，陀螺的角动量大小和方向在没有外力作用下保持不变。

这意味着陀螺的旋转轴在转动过程中保持不变。

3.测量装置：测量装置通过测量陀螺的角速度和姿态来获取物体的旋转信息。

常见的测量装置包括陀螺仪芯片、加速度计、磁力计等。

这些装置能够感知陀螺的角速度和加速度，并通过信号处理和滤波算法将其转化为测量结果。

陀螺仪在许多领域都有广泛的应用，包括航空航天、导航、汽车行驶控制、无人机、手机电子稳定器等。

它的基本特性和工作原理使得其成为一种重要的测量和控制工具，可以提高系统的稳定性和精度。

随着技术的不断发展，陀螺仪的性能和应用范围还将进一步扩大。

光纤陀螺仪测试方法

光纤陀螺仪测试方法1 范围本标准规定了作为姿态控制系统、角位移测量系统和角速度测量系统中敏感器使用的单轴干涉性光纤陀螺仪（以下简称光纤陀螺仪）的性能测试方法。

2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

凡是注目期的引用文件，其随后所有的修改单（不包含勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB 321-1980 优先数和优先系数CB 998 低压电器基本实验方法GJB 585A-1998 惯性技术术语GJB 151 军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求3 术语、定义和符号GJB 585A-1998确立的以及下列术语、定义和符号适用于本标准。

3.1 术语和定义3.1.1 干涉型光纤陀螺仪 interferometric fiber optic gyroscope仪萨格奈克（Sagnac）效应为基础，由光纤环圈构成的干涉仪型角速度测量装置。

当绕其光纤环圈等效平面的垂线旋转时，在环圈中以相反方向传输出的两束相干光间产生相位差，其大小正比于该装置相对于惯性空间的旋转角速度，通过检测输出光干涉强度即反映出角速度的变化。

3.1.2 陀螺输入轴 input axis of gyro垂直于光纤环圈等效平面的轴。

当光纤陀螺仪绕该轴有旋转角速度输入时，产生光纤环圈相对于惯性空间输入角速度的输出信号。

3.1.3 标度因数非线性度 scale factor nonlinearity在输入角速度范围内，光纤陀螺仪输出量相对于最小二乘法拟合直线的最大偏差值与最大输出量之比。

3.1.4 零偏稳定性 bias stability当输入角速度为零时，衡量光纤陀螺仪输出量围绕其均值的离散程度。

以规定时间内输出量的标准偏差相应的等效输入角速度表示，也可称为零漂。

3.1.5 零偏重复性 bias repeatability在同样条件下及规定间隔时间内，多次通电过程中，光纤陀螺仪零偏相对其均值的离散程度。

陀螺仪实验报告

university of science and technology of china 96 jinzhai road, hefei anhui 230026,the people's republic of china陀螺仪实验实验报告李方勇 pb05210284 sist-05010 周五下午第29组2号2006.10.22 实验题目陀螺仪实验（演示实验）实验目的1、通过测量角加速度确定陀螺仪的转动惯量；2、通过测量陀螺仪的回转频率和进动频率确定陀螺仪的转动惯量；3、观察和研究陀螺仪的进动频率与回转频率与外力矩的关系。

实验仪器①三轴回转仪；②计数光电门；③光电门用直流稳压电源（5伏）；④陀螺仪平衡物；⑤数字秒表（1/100秒）；⑥底座（2个）；⑦支杆（2个）；⑧砝码50克+10克（4个）；⑨卷尺或直尺。

实验原理1、如图2用重物（砝码）落下的方法来使陀螺仪盘转动，这时陀螺仪盘的角加速度?为：?=d?r/dt=m/ip (1) 式中?r为陀螺仪盘的角速度，ip为陀螺仪盘的转动惯量。

m=f.r为使陀螺仪盘转动的力矩。

由作用和反作用定律，作用力为：f=m(g-a) (2) 式中g为重力加速度，a为轨道加速度（或线加速度）轨道加速度与角加速度的关系为：a=2h/tf2； ?=a/r (3) 式中h为砝码下降的高度，r如图1所示为转轴的半径，tf为下落的时间。

将(2)(3)代入(1)2ip?2mr2t?h2mgr可得： (4)2f测量多组tf和h的值用作图法或最小二乘法拟合数据求出陀螺仪盘的转动惯量。

2、如图3所示安装好陀螺仪，移动平衡物w使陀螺仪ab轴（x轴）在水平位置平衡，用拉线的方法使陀螺仪盘绕x轴转动（尽可能提高转速），此时陀螺仪具有常数的角动量l：l=ip.?r (5) 当在陀螺仪的另一端挂上砝码m（50g）时就会产生一个附加的力矩m*，这将使原来的角动量发生改变：dl/dt=m*=m*gr* (6) 由于附加的力矩m*的方向垂直于原来的角动量的方向，将使角动量l变化dl，由图1可见： dl=ld?这时陀螺仪不会倾倒，在附加的力矩m*的作用下将会发生进动。

陀螺仪漂移及测试课件

陀螺仪测试中的注意事项
在进行陀螺仪测试时，应确保测试环境干净整洁，避免灰尘、污垢等杂质对测试结果造成影响。
在进行动态测试时，应遵循安全操作规程，确保测试过程中的安全。
测试前应对陀螺仪进行充分的预热，以确保其性能稳定。
对于高精度的陀螺仪，应采用高精度的测试设备进行测试，以确保测试结果的准确性。
陀螺仪的种类和用途
机械陀螺仪
微机械陀螺仪
利用旋转轴的定轴性，用于方向测量和控制系统，如导弹、飞机、船舶等导航系统。
利用微机械加工技术制造，具有低成本、小型化、集成化等特点，用于消费电子产品、智能穿戴设备等。
光学陀螺仪
利用光束的干涉效应，具有高精度、抗电磁干扰等特点，用于高精度测量和控制系统，如卫星定位系统、惯性导航系统等。
CHAPTER
陀螺仪静态测试
01
02
陀螺仪静态测试是指将陀螺仪置于静止状态下进行测试，以评估其性能。
测试内容包括检查陀螺仪的零点稳定性、分辨率、噪声水平等。
03
静态测试通常在实验室环境下进行，以确保测试结果的准确性。
04
静态测试还可以用于评估陀螺仪在不同温度和湿度条件下的性能表现。
陀螺仪动态测试
01
02
03
04
陀螺仪动态测试是指在实际运动状态下对陀螺仪进行测试，以评估其在动态环境中的性能。
测试内容包括检查陀螺仪的动态响应速度、抗干扰能力、稳
定性等。
动态测试通常在振动台、离心机等设备上进行，以模拟实际
使用中的各种运动状态。
动态测试还可以用于评估陀螺仪在不同运动状态下的性能表现，如旋转、俯仰、滚动等。
CHAPTER

某型燃气陀螺仪光电特性测试原理分析

某型燃气陀螺仪光电特性测试原理分析摘要：某型燃气陀螺仪（以下简称“陀螺仪”）是某类控制部件之一，为飞行过程中提供角度姿态信号，经综合处理后形成控制指令，实现飞行姿态控制。

本文主要对陀螺仪的光电特性测试进行原理分析，加强陀螺仪工作原理、结构及光电测试原理理解。

关键词：陀螺仪；光电特性；测试1引言目前由于陀螺仪自身具备的定轴特性（jinertia or rigidity）、进动特性（precession）被广泛应用于航空、航天及航海等领域。

而本文涉及的燃气陀螺仪则是利用陀螺仪的定轴性，测量出装备飞行中在空间绕其纵轴的旋转相位和旋转转速，产生基准脉冲信号，作为形成控制指令的基准。

该型陀螺仪的工作过程较为抽象简化，在地面检测呈现多项独立性检测，与实际使用差异大，导致测试理解难度大、操作困难。

本文中针对该型陀螺仪光电特性测试进行具体介绍，使陀螺仪的使用及测试原理更易理解。

2陀螺仪工作原理如图1陀螺仪结构示意图，陀螺仪实际工作时，燃气室内药柱燃烧产生高压燃气，通过与工作室连同的气孔进入工作室；当燃气作用在锁紧簧片的压力大于锁紧簧片作用在陀螺仪锁紧销的压力，锁紧簧片解锁；燃气即刻作用在转子，转子以约90000r/min高速转动。

高速转子与内外环形成定轴整体，而与弹体相固定的外壳（安装光电组件）随弹体旋转（见图2）。

当光电组件存在光信号起始位置旋转一周后再次检测到光信号，依次循环，则在既定基准周期内得到光信号次数（即旋转圈数），换算后即为旋转相位和旋转转速。

在陀螺仪工作过程中，光信号的感应强度、脉宽和定轴性保持的惯转时间为陀螺仪工作的重要指标，也是在研制生产和维修过程中检定陀螺仪合格的项目。

3测试原理分析陀螺仪的地面检测光电特性主要检查惯转时间、光电流、暗电流、补偿角及开启角。

说明：1-壳体；2-外环；3-盖帽；4-锁紧簧片；5-内环；6-转子；7-光电组件；8-挡光板。

图1 陀螺仪结构示意图1图2 陀螺仪结构示意图23.1 特性解析陀螺仪的光电特性主要依靠陀螺仪定轴性、光电组件实现，光电组件包括挡光板、光信号发生器及感受器。

全站式陀螺仪原理与性能测试

1.1陀螺发展过程陀螺发展过程
陀螺仪的发展可划分为一下几个标志性阶段： (1)50年代以前研制液体漂浮式陀螺经纬仪 (2)60年代研制下架悬挂式陀螺经纬仪 (3)70年代研制上架悬挂式陀螺经纬仪 (4)80年代研制半自动化陀螺经纬仪 (5)90年代及以后研制自动化和自能化陀螺全站仪
1.2全站式陀螺仪的发展全站式陀螺仪的发展
2.1全站式陀螺仪的外部结构全站式陀螺仪的外部结构
如图所示，全站式陀螺仪的外部结构主要分为陀螺仪、全站仪和外部
连接设备三大部分。其中包括，陀螺全站仪主机、控制装置、直流电池、包装箱、脚架、连接电缆和附件等。这些相互连接，相互作用。
2.2全站式陀螺仪的特点全站式陀螺仪的特点
l、自动化程度高。 2、精度高。 3、操作方便。 4、稳定性好。 5、定向速度快。 6、可拆卸。 7、数据处理快。
2.全站式陀螺仪的结构及特点全站式陀螺仪的结构及特点
全站式陀螺仪主要由全站仪、陀螺仪和工作配件等组成。陀螺仪是其中最重要的一个部分，陀螺仪由灵敏部、悬挂装置、导流器、精密轴系、光学系统、锁紧和限幅机构、磁屏蔽、配重及支承外壳等部件组成。如图右图所示，现代陀螺全站仪的结构可从内部和外部两方面研究，分析其相关的配件和组成部分。特别是对于上架式陀螺仪来说，这样对其性能的分析，带来很多方便之处。
（1）国内的发展状况：我国的全站式陀螺仪起步较晚。从60年代开始研制陀螺经纬仪，研制出多种下架式陀螺经纬仪如TDJ-II和TDJ83陀螺经纬仪、TDJ-88G型陀螺仪等。研制成JD-60型陀螺经纬仪，近几年对JT-l5也进行了升级改造。逐步形成 “六化”和“十六字”的发展态势。（2）国外的发展状况： 2 自德国舒勒(M.schuler)在1920年试制成功第一台测量陀螺仪以来，陀螺仪一直以机械化、光学化发展，直到近几年的自动化、自能化。如德国的Gyromat陀螺经纬仪、日本索佳公司出产的GP2130R3/3130R3全站式陀螺经纬仪系列仪器、直到现在全站式陀螺仪日益趋于全自动化式陀螺仪的工作原理

陀螺仪实验——精选推荐

陀螺仪实验陀螺仪是一种具有比较复杂的运动学和动力学现象的装置，它有一个高速旋转的定点运动转子，该转子的轴线具有定向性，这是陀螺的最大特点。

陀螺的定向性在工程中有重要用途，如舰船和导弹的导航、稳定船舶和车辆的姿态，实际上行驶的自行车能够不翻倒也是由于陀螺的定向性，这时自行车的两个轮子就是陀螺。

因此，陀螺仪实验对于学生巩固和提高所学运动学、动力学知识，对复杂运动规律的认知和分析计算都有重要作用。

一、陀螺仪的理论基础1．欧拉角如图4-9，设Oxyz 为一个正交坐标惯性系，另一个正交坐标系321x x Ox 或O ξηζ绕坐标原点O 定点转动，坐标系321x x Ox （动系）相对于Oxyz 的角位置关系可以用多种方法来描述，其中用三个欧拉（Euler ）角φ,θ,ψ来描述是刚体动力学中常见的方法。

参见图4-9，坐标系321x x Ox 的当前位置，可以将坐标系Oxyz 转动三次到达，先将Oxyz 绕z 轴转φ角，记为坐标系1，其中x 轴到达节线的位置；再将坐标系1绕节线转θ角，记为坐标系2，这时z 轴变为3x 轴；最后将坐标系2绕3x 轴转ψ角就得到321x x Ox ，其中原来的x 轴变为1x 轴、y 轴变为2x 、z 轴变为3x 轴。

这三个角是相互独立的，分别称为动系的进动角（φ）、章动角（θ）和自转角（ψ）（节线绕z 轴的转动为进动，动系绕节线的转动为章动，动系绕自转轴3x 的转动为自转）。

一般情况下，它们唯一地确定动系（刚体）的瞬时角位置。

再来确定动系321x x Ox 的角速度矢量Ω。

在~t t t +∆的t ∆时间内，设动系角位置的无穷小增量为φ∆、θ∆和ψ∆，动系的这种无穷小角位置改变可以将动系分别绕z 轴转φ∆、绕节线转θ∆和绕3x 轴转ψ∆后叠加得到，且结果与转动次序无关（我们对此不作证明，但必须注意，刚体多次有限转动的结果却与转动次序有关，因此不能叠加；学生可以将一本书沿任意两条边以一种次序各转90︒，再重新按不同的次序各转90︒，结果是不同的）。

陀螺控制技术实验报告

一、实验目的1. 理解陀螺控制技术的基本原理；2. 掌握陀螺控制实验的操作方法；3. 分析陀螺控制过程中的影响因素；4. 评估陀螺控制技术的性能。

二、实验原理陀螺控制技术是一种基于陀螺仪的旋转物体，通过控制其旋转状态来实现目标物体运动的控制方法。

陀螺仪具有角动量守恒特性，即当不受外力矩作用时，陀螺的角速度保持不变。

利用这一特性，通过控制陀螺的旋转状态，可以实现对目标物体的稳定控制。

三、实验设备1. 陀螺仪；2. 控制系统；3. 数据采集与分析系统；4. 实验平台。

四、实验步骤1. 熟悉实验设备，了解陀螺仪的基本结构和工作原理；2. 连接实验设备，确保信号传输畅通；3. 开启控制系统，设置实验参数；4. 进行陀螺控制实验，观察陀螺的运动状态；5. 采集实验数据，分析陀螺控制过程中的影响因素；6. 评估陀螺控制技术的性能。

五、实验结果与分析1. 陀螺控制实验中，当控制系统输出一定的控制信号时，陀螺的旋转状态发生改变，实现目标物体的运动控制；2. 在实验过程中，发现以下影响因素：（1）陀螺仪的角速度：陀螺仪的角速度越大，控制效果越好；（2）控制系统参数：控制系统的参数设置对陀螺控制效果有较大影响，需要根据实际情况进行调整；（3）实验平台稳定性：实验平台的稳定性对陀螺控制效果有直接影响，实验平台应保持平稳；3. 通过实验数据分析，陀螺控制技术的性能如下：（1）控制精度：在实验条件下，陀螺控制技术的控制精度较高；（2）响应速度：陀螺控制技术的响应速度较快，能够满足实时控制需求；（3）抗干扰能力：陀螺控制技术具有一定的抗干扰能力，能够在一定范围内抵抗外界干扰。

六、实验结论1. 陀螺控制技术具有较好的控制效果，能够实现对目标物体的稳定控制；2. 通过实验验证，陀螺控制技术在实际应用中具有较高的实用价值；3. 陀螺控制技术在实际应用中，需要根据具体情况调整控制系统参数，提高控制效果。

七、实验心得通过本次陀螺控制技术实验，我对陀螺控制技术有了更深入的了解，掌握了陀螺控制实验的操作方法。

陀螺仪的实验报告

陀螺仪的实验报告陀螺仪的实验报告引言：陀螺仪是一种测量和检测旋转运动的仪器，广泛应用于航空航天、导航系统、惯性导航等领域。

本实验旨在通过搭建一个简单的陀螺仪实验装置，探究陀螺仪的原理和应用。

实验装置：实验装置由一个陀螺仪、一个支架和一个旋转轴组成。

陀螺仪由一个旋转的转子、一个固定的支架和一个测量旋转角度的仪表组成。

实验步骤：1. 将陀螺仪固定在支架上，并确保转子能够自由旋转。

2. 将支架固定在旋转轴上，确保支架能够在水平面上自由旋转。

3. 启动陀螺仪，并记录起始时刻的旋转角度。

4. 通过手动旋转支架，使陀螺仪的转子发生旋转。

5. 观察仪表上的旋转角度变化，并记录下来。

6. 反复进行步骤4和步骤5，记录不同旋转速度和旋转方向下的旋转角度。

实验结果：在本实验中，我们发现陀螺仪的转子在受到外力作用时，会产生一个与外力方向垂直的陀螺力矩。

这个陀螺力矩使得陀螺仪的转子保持旋转，并且会使支架产生一个倾斜角度。

同时，我们还观察到陀螺仪的旋转角度与旋转速度呈线性关系，即旋转速度越大，旋转角度也越大。

讨论：陀螺仪作为一种测量旋转运动的仪器，具有广泛的应用前景。

在航空航天领域，陀螺仪被用于测量飞机、导弹等飞行器的姿态和角速度，从而实现精确的导航和控制。

在导航系统中，陀螺仪可以配合加速度计等其他传感器，实现惯性导航，提高导航的准确性和稳定性。

此外，在工业生产中，陀螺仪也可以用于测量机械设备的旋转角度和角速度，监测设备的工作状态。

结论：通过本次实验，我们深入了解了陀螺仪的原理和应用。

陀螺仪作为一种测量旋转运动的仪器，具有广泛的应用前景。

在实际应用中，我们可以根据具体需求选择不同类型和精度的陀螺仪。

同时，我们还需要注意陀螺仪的灵敏度和稳定性，以保证测量结果的准确性。

致谢：在此，感谢本次实验的指导老师和实验室的支持。

通过这次实验，我们不仅学到了关于陀螺仪的知识，也提高了实验操作和数据分析的能力。

感谢所有为本次实验付出努力的人们。

陀螺仪实习报告

一、实习目的本次实习旨在了解陀螺仪的基本原理、结构、工作方式以及在实际应用中的重要作用。

通过实习，使学生掌握陀螺仪的基本操作技能，提高学生对陀螺仪相关知识的理解和应用能力。

二、实习时间2021年X月X日至2021年X月X日三、实习地点XX大学实验室四、实习内容1. 陀螺仪基本原理陀螺仪是一种利用陀螺效应进行测量的装置，其主要原理是陀螺仪的转子在旋转过程中，具有保持角动量守恒的特性。

当陀螺仪受到外力矩的作用时，其角速度会发生变化，但角动量保持不变。

通过测量陀螺仪的角速度变化，可以确定陀螺仪的角加速度，从而实现角度、角度速度、角加速度的测量。

2. 陀螺仪结构及工作方式陀螺仪主要由转子、陀螺仪支架、传感器、信号处理电路等组成。

陀螺仪的工作方式如下：（1）转子：陀螺仪的核心部件，由高速旋转的轴和旋转体组成。

转子在高速旋转过程中，具有保持角动量守恒的特性。

（2）陀螺仪支架：用于支撑转子，使其能够自由旋转。

（3）传感器：用于测量陀螺仪的角速度、角加速度等参数。

（4）信号处理电路：将传感器采集到的信号进行处理，得到所需的测量结果。

3. 陀螺仪实际应用陀螺仪在军事、航空航天、航海、工业等领域具有广泛的应用，以下列举几个典型应用：（1）军事领域：陀螺仪可用于导航、制导、稳定平台等，提高武器装备的精度和可靠性。

（2）航空航天领域：陀螺仪可用于飞机、卫星的导航、姿态控制等，保证飞行器的稳定性和安全性。

（3）航海领域：陀螺仪可用于船舶导航、姿态控制等，提高船舶的航行精度和安全性。

（4）工业领域：陀螺仪可用于旋转机械的监测、控制等，提高生产效率和产品质量。

五、实习过程1. 实习前期准备（1）学习陀螺仪的基本原理、结构、工作方式等相关知识。

（2）了解陀螺仪在各个领域的应用。

（3）熟悉实验室设备，包括陀螺仪、传感器、信号处理电路等。

2. 实习过程（1）观察陀螺仪的结构，了解其各个组成部分的功能。

（2）操作陀螺仪，进行角度、角度速度、角加速度等参数的测量。

陀螺定义,基本特性及分类

凡是能够产生陀螺效应的装置都可称为陀螺仪。
陀螺仪坐标系 ——OX轴与转子轴重合，OY轴与内环轴重合，OX和OY轴的交点O为坐标原点，而OZ轴垂直于XOY平面。
二、陀螺仪的分类
1、根据主轴自由度数目分：（1）两自由度陀螺仪（2）单自由度陀螺仪
（2）单自由度陀螺仪
固定内、外环中任意一个
1、稳定性
陀螺转子的主轴指向保持不变。 —— 陀螺仪的稳定性（定轴性）
冲击力矩作用在转子未自转的陀螺仪上
内环绕力矩方向翻滚多周
冲击力矩作用在高速自转的陀螺仪上
冲击力矩作用下，主轴作高频微幅振荡— —章动
前提
转子未自转
转子高速自转
试验动作
缓慢转动底座
现象转子和内外环一转子和内外环不随
外力矩M作用产生进动的同时，将产生一个与外力矩大小相等、方向相反的力矩 Mr 。
四、小结
1、陀螺仪的定义：凡是绕回转体的对称轴作高速旋转的刚体都称为陀螺。凡是能够产生陀螺效应的装置都可称为陀螺仪。
2、陀螺仪的分类：（1）按主轴具有的自由度数目分（2）按重心与支架中心的位置（3）按支承方式分（4）按产生陀螺效应的原理不同分
机械轴承支承
陀螺仪实用的开端
¾转子陀螺的发展
机械轴承存在摩擦力矩，不可能使陀螺仪达到很高精度。人们采用各种特殊的支承方式来支承转子，以提高陀螺仪的精度。
试想一下有什么支承方式可以减小摩擦？
（2）液浮陀螺仪
（3）气浮陀螺仪
（4）静电陀螺仪
（5）挠性陀螺仪
（a）细颈式
（b）动力调谐式

产生陀螺效应的原理
2、根据陀螺仪重心与支架中心的位置分（1）平衡陀螺仪（无定位陀螺仪）：

陀螺仪检验方法

陀螺仪检验方法
陀螺仪的检验方法主要包括以下几个步骤：
标度因子（偏移和灵敏度）测试：这是陀螺仪性能测试中最重要和最常见的一项。

标度因子是指陀螺仪输出与其输入之间的比例关系，包括偏移和灵敏度两部分。

非线性误差测试：非线性误差是指陀螺仪输出与输入之间的非线性关系。

这种误差通常通过比较陀螺仪的实际输出和理论输出来测量。

偏差测试：偏差是指陀螺仪在没有输入时的输出。

这种误差通常通过在陀螺仪静止时测量其输出来得到。

分辨率测试：分辨率是指陀螺仪能够检测到的最小的输入变化。

这种性能通常通过测量陀螺仪在微小输入变化下的输出变化来得到。

灵敏度对温度漂移和灵敏度对加速度漂移的测试：这两项测试是为了评估陀螺仪在温度变化和加速度变化下的性能变化。

校准：在使用陀螺仪前，需要进行校准。

校准过程通常包括将陀螺仪放置在静止状态下一段时间，然后按照说明书中的步骤进行校准，包括改变陀螺仪的姿态，并根据陀螺仪的指示进行调整。

陀螺实验报告

一、实验目的1. 了解陀螺仪的基本原理和构造；2. 掌握陀螺仪的实验方法及操作技巧；3. 通过实验验证陀螺仪的稳定性、灵敏度等性能指标；4. 分析陀螺仪在不同条件下的工作状态。

二、实验原理陀螺仪是一种利用陀螺效应进行测量的装置。

当陀螺旋转时，其旋转轴与旋转平面始终保持垂直。

陀螺仪的基本原理是利用陀螺的这种特性，通过测量陀螺的角速度和角加速度，来反映物体的运动状态。

三、实验器材1. 陀螺仪；2. 支架；3. 旋转器；4. 角度测量仪；5. 数字秒表；6. 计算器。

四、实验步骤1. 将陀螺仪安装在支架上，确保陀螺仪的旋转轴与支架垂直；2. 使用旋转器将陀螺仪旋转至水平状态；3. 用角度测量仪测量陀螺仪的初始角度；4. 记录陀螺仪旋转一周所需时间；5. 分别在水平、垂直和倾斜三个方向上测量陀螺仪的稳定性；6. 记录陀螺仪在不同方向上的旋转频率；7. 观察并记录陀螺仪在不同条件下的工作状态。

五、实验数据及分析1. 陀螺仪初始角度为0°，旋转一周所需时间为T1秒；2. 在水平方向上，陀螺仪旋转频率为f1 Hz；3. 在垂直方向上，陀螺仪旋转频率为f2 Hz；4. 在倾斜方向上，陀螺仪旋转频率为f3 Hz；5. 陀螺仪在不同方向上的稳定性表现良好。

六、实验结果与分析1. 陀螺仪在水平、垂直和倾斜三个方向上的旋转频率基本一致，说明陀螺仪具有良好的稳定性；2. 陀螺仪在不同方向上的旋转频率与旋转一周所需时间成正比，符合陀螺仪的原理；3. 陀螺仪在不同条件下的工作状态表现良好，验证了陀螺仪的灵敏度。

七、实验结论通过本次实验，我们掌握了陀螺仪的基本原理和实验方法，验证了陀螺仪的稳定性和灵敏度。

陀螺仪作为一种重要的测量装置，在军事、航空航天、航海等领域具有广泛的应用前景。

八、实验注意事项1. 实验过程中，确保陀螺仪的旋转轴与支架垂直，避免因支架倾斜而影响实验结果；2. 使用旋转器旋转陀螺仪时，力度要适中，避免过大的力矩影响陀螺仪的旋转；3. 观察陀螺仪的工作状态时，注意观察其旋转频率和稳定性，以便及时发现问题。

陀螺仪原理实验指导书1[1]

陀螺仪原理实验指导书王军惯性导航实验室惯性技术基础实验(一)——陀螺特性一、陀螺仪陀螺仪的基本结构如图1，中间是一个转子，转子的轴叫主轴，又称Z轴。

转子和主轴还可以绕水平轴（又称Y轴）转动；又可以绕垂直轴（又称Z轴）转动。

这样，陀螺仪的主轴可以指向空间任何方向。

这种陀螺仪称为自由陀螺仪。

图1 陀螺仪基本结构为讨论方便，我们规定用“右手法则”来确定主轴旋转的正方向，右手握拳，拇指与四指垂直，四指顺着转子的转动方向，拇指所指的方向就是主轴的正方向。

我们实验室所用的陀螺仪为电动陀螺仪，是航海型电罗经回转球里的一个陀螺马达，所用电源为三相110V 330周。

正常转速为19800转/分。

由于转速比较高，陀螺特性就比较明显。

二、陀螺仪第一特性——定轴性当陀螺仪的转子尚未旋转之前，我们就不能从它的装置中察觉出它与通常的非陀螺体有任何不同的现象。

关于非陀螺体，这里所指的是实验以前不具有动量矩的物体。

当陀螺仪的转子以高速绕其极轴Z旋转时，不管怎样移动或转动它的座底。

如图2主轴在空间所指的方向不变。

主轴指向的稳定与否，决定于转子的转速与重量。

转速高、重量重、指向性就强。

指向性强的陀螺仪，即使受到短时间的强烈冲击加于平衡环上时，对主轴原来的位置却不会产生明显的效果。

tH=d d 若支撑摩擦力矩很小可忽略不计时，又当外力矩为零，即0=M ，则：0d d =tH该式表示动量矩H 在瞬刻时间内没有变化，即表示陀螺转子动量矩H 大小不变，方向也不变。

因此陀螺仪主轴的指向就不变。

三、陀螺仪的第二特性——进动性在外加力矩作用下，陀螺仪运动的特性发生变化，加在陀螺仪外平衡环上的力矩会引起陀螺仪绕内平衡环轴而旋转。

反之，加在内平衡环上的力矩，会引起陀螺仪绕外平衡环轴而旋转。

当外加力矩的方向改变时，则平衡环的转动方向也随之改变。

假设有一外力F 作用在陀螺仪的主轴上，如图3，如果转子是不动的，那么主轴就要沿着F 力的作用方向向下运动。

它使整个转子绕着Y 轴转动。

陀螺仪实验报告

university of science and technology of china 96 jinzhai road, hefei anhui 230026,the people’s republic of china陀螺仪实验实验报告李方勇 pb05210284 sist-05010 周五下午第29组2号2006.10.22 实验题目陀螺仪实验（演示实验）实验目的1、通过测量角加速度确定陀螺仪的转动惯量；2、通过测量陀螺仪的回转频率和进动频率确定陀螺仪的转动惯量；3、观察和研究陀螺仪的进动频率与回转频率与外力矩的关系。

m=f.r为使陀螺仪盘转动的力矩。

将(2)(3)代入(1)2ip?2mr2t?h2mgr可得： (4)2f测量多组tf和h的值用作图法或最小二乘法拟合数据求出陀螺仪盘的转动惯量。

B陀螺仪原理1基本特性

陀螺动力效应：陀螺力矩
外加力矩
M H
陀螺力矩：反作用力矩
M g H H
陀螺力矩的方向判断陀螺力矩的作用对象
陀螺动力（稳定）效应，对外框架有效
陀螺动力（稳定）效应，对内框架无效
定轴性：不通电时转动基座
录像(61s)：陀螺不通电时，转动基座
定轴性：通电后转动基座
录像(35s)：通电后，转动基座
➢定轴性的相对性(二)：章动现象
陀螺受冲击力矩时，自转轴将在原来的空间方位附近作锥形振荡运动
章动录像
录像（20s）：二自由度陀螺的章动现象（转子减速后）
单自由度陀螺仪基本特性（一）
单自由度陀螺 ➢结构：只有一个（内）框架 ➢特点：转子轴只有一个自由度
和二自由度陀螺的定轴性比较
➢转子轴沿着 x 方向向对基座缺少转动自由度。
M H
此即二自由度陀螺仪的进动方程
进动角速度的方向和大小
➢进动角速度的方向：最短路径法则（H 沿着最短路径趋向 M）
➢进动角速度的大小：根据 M = ω×H，写成标量形式：
M = ω·H·sinθ
因此
ω = M /（H·sinθ）
进动角速度大小与外力矩的大小成正比，与转子的动量矩的大小成反比。
➢进动的“无惯性”
➢当基座沿着 x 方向旋转时：转子轴被迫一起绕 x 旋转转子轴仍尽力保持在原方位
转子和基座之间存在相互作用
基座对转子沿 x 轴施加力矩转子轴将绕内框架轴 y 旋转 ➢结论：单自由度陀螺能敏感基座在其缺少转动自由度的方向（敏感轴 x 方向）上的转动
单自由度陀螺仪基本特性（二）
和二自由度陀螺的进动性比较
➢动量矩定理
dH M dt