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角速度传感器的工作原理是怎样的?

   日期:2019-09-16     浏览:29    评论:0    
核心提示:角速度传感器,更多的人将其称为陀螺仪,这是一种用来感测与维持方向的装置,基于角动量不灭的理论设计出来的。陀螺仪一旦开始旋转,由于轮子的角动量,陀螺仪有抗拒方向改变的趋向。角速度传感器的原理通俗地说,一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时,是不会改变的。大家如果玩过陀螺就会知道,旋转的陀螺遇到外力时,它的轴的方向是不会随着外力的方向发生改变的。我们骑自行车其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒,因为车轴有一股保持水平的力量。

角速度传感器,更多的人将其称为陀螺仪,这是一种用来感测与维持方向的装置,基于角动量不灭的理论设计出来的。陀螺仪一旦开始旋转,由于轮子的角动量,陀螺仪有抗拒方向改变的趋向。角速度传感器的原理通俗地说,一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时,是不会改变的。大家如果玩过陀螺就会知道,旋转的陀螺遇到外力时,它的轴的方向是不会随着外力的方向发生改变的。我们骑自行车其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒,因为车轴有一股保持水平的力量。

人们根据这个道理,用它来保持方向,制造出来的东西就叫做陀螺仪,然后再用多种方法读取轴所指示的方向,并自动将数据信号传给控制系统。

陀螺仪的基本部件

1、陀螺转子(常采用同步电机、磁滞电机、三相交流电机等拖动方法来使陀螺转子绕自转轴高速旋转,并见其转速近似为常值)。

2、内、外框架(或称内、外环,它是使陀螺自转轴获得所需角转动自由度的结构)。

3、附件(是指力矩马达、信号传感器等)。

陀螺仪的两个重要特性

陀螺仪有两个非常重要的基本特性:一为定轴性,另一是进动性,这两种特性都是建立在角动量守恒的原则下。

定轴性:

当陀螺转子以高速旋转时,在没有任何外力矩作用在陀螺仪上时,陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向保持稳定不变,即指向一个固定的方向;同时反抗任何改变转子轴向的力量。这种物理现象称为陀螺仪的定轴性或稳定性。

其稳定性随以下的物理量而改变:

1、转子的转动惯量愈大,稳定性愈好;

2、转子角速度愈大,稳定性愈好。

所谓的“转动惯量”,是描述刚体在转动中的惯性大小的物理量。当以相同的力矩分别作用于两个绕定轴转动的不同刚体时,它们所获得的角速度一般是不一样的,转动惯量大的刚体所获得的角速度小,也就是保持原有转动状态的惯性大;反之,转动惯量小的刚体所获得的角速度大,也就是保持原有转动状态的惯性小。

进动性:

当转子高速旋转时,若外力矩作用于外环轴,陀螺仪将绕内环轴转动;若外力矩作用于内环轴,陀螺仪将绕外环轴转动。其转动角速度方向与外力矩作用方向互相垂直。这种特性,叫做陀螺仪的进动性。

进动性的大小有三个影响的因素:

1、外界作用力愈大,其进动角速度也愈大;

2、转子的转动惯量愈大,进动角速度愈小;

3、转子的角速度愈大,进动角速度愈小。


(文章内容来源于互联网)

 
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