陀螺装置参考文献

1、词条作者:吕茂烈.《中国大百科全书》74卷(第一版)力学 词条:陀螺装置:中国大百科全书出版社，1987 :488页.

即陀螺稳定平台，是一种复杂的陀螺系统，用来稳定仪表或设备的位置和方向。它一般包含两个或三个陀螺仪，分别装在三个或四个框架中，另外附加伺服放大器或伺服电动机。平台能给出惯性空间的定向参考，当平台绕某轴转动时，相应的陀螺仪通过传感器把信号送给该轴的放大器和电动机，使电动机开动直到把平台转回信号消除的位置为止。放大器和电动机都必须能在极小的信号下正常工作。陀螺仪只起传感器或敏感元件的作用。陀螺平台用来稳定那些需要精确地定向的仪表和设备，如测量仪器、照相机、天线和惯性导航系统中的加速度计，等等。

陀螺传感器是一切用以测量转角、角速率，把信号输送给自动驾驶仪、惯性导航系统的陀螺元件的总称。

在应用中，为确保陀螺装置的精确度、灵敏度和可靠性，除了进行各种误差分析并采用相应的专门修正措施外，还要尽量降低陀螺仪的漂移。目前已取得成效的有:液浮陀螺，以及气浮、静电、磁和超导支承的陀螺，摆式和对转式支承的陀螺等;还有不用轴承的挠性陀螺、振动陀螺等。经研究发现，现在已有100种以上的物理现象和相应的原理，包括激光、偏振波、核子自旋、放射性同位素等，可以用来观测旋转和确定方向。

这类陀螺仪本身大都是二自由度的。常见的有速率陀螺仪和积分陀螺仪。速率陀螺仪是用以直接测定运载器角速率的仪表。把均衡陀螺仪的外环固定在运载器上并令内环轴垂直于要测量角速度的轴，如果考虑运载器的转动在内，这种陀螺仪也是三自由度的。当运载器连同外环以角速度绕测量轴旋进时，陀螺力矩将迫使内环连同转子一起相对于运载器而旋进。这种陀螺仪中有弹簧限制这个相对旋进，而内环的旋进角正比于弹簧的变形量。由平衡时的内环旋进角即可求得陀螺力矩和运载器的角速率。

积分陀螺仪与速率陀螺仪的不同处只在于用线性阻尼器代替弹簧约束。当运载器作任意变速转动时，积分陀螺仪的输出量是绕测量轴的转角(即角速度的积分)。这种陀螺仪在远距离测量系统或自动控制、惯性导航平台中使用较多。

还可以利用旋进受限制的三自由度陀螺仪来同时测出运载器的角速度和角加速度。

稳定船体的陀螺装置。20世纪初使用的施利克被动式稳定器实质上是一个装在船上的大型二自由度重力陀螺仪，其转子轴铅直放置，框架轴平行于船的横轴。当船体侧摇时，陀螺力矩作为表观力矩而迫使框架携带转子一起相对于船体旋进。这种摇摆式旋进引起另一个陀螺力矩，在船体上产生稳定作用。

斯佩里主动式稳定器是在上述装置的基础上增加一个小型操纵陀螺仪，其转子沿船横轴放置。一旦船体倾侧，小陀螺沿其铅直轴旋进，从而使主陀螺仪框架轴上的控制马达及时开动，在该轴上施加与原陀螺力矩方向相同的主动力矩，借以加强框架的旋进和由此旋进产生的对船体稳定作用。

在单轨车上应用的陀螺稳定器中，采用了二自由度重力陀螺仪，其转子轴可以水平放置，也可以铅直放置。

(陀螺地平仪)

转子轴能维持在铅直位置的陀螺装置。最简单的是陀螺摆。它是由附在高速自转陀螺转子上的重力摆构成的三自由度重力陀螺仪，其转子轴铅直放置，当转子轴偏离铅直线时重力产生的力矩使陀螺摆绕铅直线旋进。陀螺的出现使摆的稳定性显著增大。当陀螺摆放在剧烈摇摆的船上时，陀螺转子轴仍能维持在铅直位置。因此可以用来稳定军舰或坦克上火炮的发射角。

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。 与苍蝇退化的后翅(平衡棒)原理类似。

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，环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。

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、陀螺的章动等。

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。

陀螺仪分为，压电陀螺仪，微机械陀螺仪，光纤陀螺仪和激光陀螺仪，它们都是电子式的，并且它们可以和加速度计，磁阻芯片，GPS，做成惯性导航控制系统。

基本上陀螺仪是一种机械装置，其主要部分是一个对旋转轴以极高角速度旋转的转子，转子装在一支架内;在通过转子中心轴XX1上加一内环架，那么陀螺仪就可环绕平面两轴作自由运动;然后，在内环架外加上一外环架;这个陀螺仪有两个平衡环，可以环绕平面三轴作自由运动，就是一个完整的太空陀螺仪(space gyro)。

1850年法国的物理学家莱昂·傅科(J.Foucault)为了研究地球自转，首先发现高速转动中地的转子(rotor)，由于它具有惯性，它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字 gyro(旋转)和skopein(看)两字合为gyro scopei 一字来命名这种仪表。

陀螺仪是一种既古老而又很有生命力的仪器，从第一台真正实用的陀螺仪器问世以来已有大半个世纪，但直到现在，陀螺仪仍在吸引着人们对它进行研究，这是由于它本身具有的特性所决定的。陀螺仪最主要的基本特性是它的稳定性和进动性。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而保持与地面垂直，这就反映了陀螺的稳定性。研究陀螺仪运动特性的理论是绕定点运动刚体动力学的一个分支，它以物体的惯性为基础，研究旋转物体的动力学特性。