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。那么陀螺仪有什么用呢?
一、什么是wWW.aIhUaU.cOm陀螺仪
陀螺仪又叫角速度传感器,是不同于加速度计(G-sensor)的,他的测量物理量是偏转、倾斜时的转动角速度。在手机上,仅用加速度计没办法测量或重构出完整的3D动作,测不到转动的动作的,G-sensor只能检测轴向的线性动作。但陀螺仪则可以对转动、偏转的动作做很好的测量,这样就可以精确分析判断出使用者的实际动作。而后根据动作,可以对手机做相应的操作!
二、陀螺仪工作原理
我们不用一个完整的轮框,我们用四个质点ABCD来表示边上的区域,这个边对于用图来解释陀螺仪的工作原理是很重要的。轴的底部被托住静止但是能够各个方向旋转。当一个倾斜力作用在顶部的轴上的时候,质点A向上运动,质点C则向下运动。因为陀螺仪是顺时针旋转,在旋转90度角之后,质点A将会到达质点B的位置。CD两个质点的情况也是一样的。子图2中质点A当处于90度位置的时候会继续向上运动,质点C也继续向下。AC质点的组合将导致轴在子图2所示的运动平面内运动。一个陀螺仪的轴在一个合适的角度上旋转,在这种情况下,如果陀螺仪逆时针旋转,轴将会在运动平面上向左运动。如果在顺时针的情况中,倾斜力是一个推力而不是拉力的话,运动将会向左发生。当陀螺仪旋转了另一个90度的时候,质点C在质点A受力之前的位置。C质点的向下运动受到了倾斜力的阻碍并且轴不能在倾斜力平面上运动。倾斜力推轴的力量越大,当边缘旋转大约180度时,另一侧的边缘推动轴向回运动。
万向节陀螺仪
实际上,轴在这个情况下将会在倾斜力的平面上旋转。轴之所以会旋转是因为质点AC在向上和向下运动的一些能量用尽导致轴在运动平面内运动。当质点AC最后旋转到大致上相反的位置上时,倾斜力比向上和向下的阻碍运动的力要大。 陀螺仪运动的特性是它拐弯的时候能够保持单轨设备的直上直下。比如说,有必要的话,消防汽缸压在一个很重的陀螺仪的轴上,就能保持其稳定。陀螺仪和万向节结合起来组成的万向节陀螺仪则是实际中最经常应用的。
各模上的陀螺仪
从上面我们可以看到,陀螺仪的关键是轴的不变性。这样的特性,看起来虽然简单,但能使用在许多不同的应用上。制导武器就是陀螺仪的最关键应用之一。在惯性制导中,陀螺仪是控制武器飞行姿态的重要部件,在剧烈变化的环境中,没有精心设计的陀螺仪用来保证稳定性和准确性,再好的控制规律也无法命中目标。除了制导之外,陀螺仪还能够应用在其他的尖端的科技上。比如说,著名的哈勃天文望远镜的3个遥感装置中每个都装有一个陀螺仪和一个备份。3个工作的陀螺仪是保证望远镜指向所必不可少的。
陀螺仪正是因为它的平衡的特性,已经成为了飞行设备中关键的部件,从航模、制导武器、导弹、卫星、天文望远镜,无处没有它的身影,陀螺仪默默的工作保证了这些飞行设备能按照指定的方式去工作。
三、陀螺仪有什么用
隧道中心线测量
在隧道等挖掘工程中,坑内的中心线测量一般采用难以保证精度的长距离导线。特别是进行盾构挖掘(shield tunnel)的情况,从立坑的短基准中心线出发必须有很高的测角精度和移站精度,测量中还要经常进行地面和地下的对应检查,以确保测量的精度。特别是在密集的城市地区,不可能进行过多的检测作业而遇到困难。如果使用陀螺经纬仪可以得到绝对高精度的方位基准,而且可减少耗费很高的检测作业(检查点最少),是一种效率很高的中心线测量方法。
通视障碍时的方向角获取
当有通视障碍,不能从已知点取得方向角时,可以采用天文测量或陀螺经纬仪测量的方法获取方向角(根据建设省测量规范)。与天文测量比较,陀螺经纬仪测量的方法有很多优越性:对天气的依赖少、云的多少无关、无须复杂的天文计算、在现场可以得到任意测线的方向角而容易计算闭合差。
日影计算所需的真北测定
在城市或近郊地区对高层建筑有日照或日影条件的高度限制。在建筑申请时,要附加日影图。此日影图是指,在冬至的真太阳时的8点到16点为基准,进行为了计算、图面绘制所需要的高精度真北方向测定。使用陀螺经纬仪测量可以获得不受天气、时间影响的真北测量。
陀螺仪在手机上的应用:
1:动作感应的GUI:通过小幅度的倾斜,偏转手机,实现菜单,目录的选择和操作的执行。(比如前后倾斜手机,实现通讯录条目的上下滚动;左右倾斜手机,实现浏览页面的左右移动或者页面的放大或缩小。)
2:转动:轻轻晃动手机2-3下,实现电话接听或打开网页浏览器等。
3:拍照时的图像稳定:防止手的抖动对拍照质量的影响。在按下快门时,记录手的抖动动作,将手的抖动反馈给图像处理器,可以抓到更清晰稳定的图片
4:GPS的惯性导航:当汽车行驶到隧道或城市高大建筑物附近,没有GPS讯号时,可以通过陀螺仪来测量汽车的偏航或直线运动位移,从而继续导航。
5:通过动作感应控制游戏:这也是Steve重点介绍的,也是可以给APP开发者更多创新空间的地方。开发者可以通过陀螺仪对动作检测的结果(3D范围内手机的动作),去实现对游戏的操作。比如,把你的手机当作一个方向盘,你的手机屏幕上是一架飞行中的战斗机,只要你上下,左右地倾斜手机,飞机就可以做上下,左右的动作。
陀螺仪多用于导航、定位等系统常用实例如手机GPS定位导航、卫星三轴陀螺仪定位。陀螺仪基本上就是运用物体高速旋转时,角动量很大,旋转轴会一直稳定指向一个方向的性质,所制造出来的定向仪器。不过它必需转得够快,或者惯量够大(也可以说是角动量要够大)。不然,只要一个很小的力矩,就会严重影响到它的稳定性。以上就是小编为大家介绍的关于陀螺仪有什么用的全部内容。