陀螺旋转的原理是什么

凡是高速转动的物体，都有一种保持转动轴方向不变的特性，这叫做自旋稳定或定轴性。陀螺可以围绕它的转轴旋转很长时间，如果没有空气的阻力和转轴与桌面的摩擦力，理论上，陀螺可以非常稳定地围绕转轴永远旋转。人们模仿陀螺制成了陀螺仪，它就是利用陀螺高度稳定的定轴性，可以测出微小的位置变化。

陀螺进动分为定点进动和非定点进动二种，且它们产生进动的物理原理都是一样的，即都是自旋轴受持续力矩作用的结果，这在地球引力场中如此，在磁场中也应如此。

1、陀螺支点进动原理，

陀螺绕支点进动

自旋陀螺有一个重要特性，那就是它受到外力矩作用时会产生回转效应，即进动，而且进动方向与自旋方向始终保持一致性，如我们手持一个自旋陀螺用力向左或右摆动，它们都会产生进动，且进动方向与自旋方向始终保持一致性；逆时针自旋陀螺受力矩后会产生逆时针进动，顺时针自旋陀螺受力矩后会产生顺时针进动。

如果我们在进动初始状态对陀螺体质心绘成一个坐标，就可得出这样一个结论：陀螺轴受力F方向与其进动轴Ω方向及进动速度v方向三者之间始终保持相互垂直状态，即具有“三垂性”，如用现在教科书的矢量叉积概念描述就是Ω=F×V

“三垂性”是陀螺产生进动必须遵守的最基本原则，也是陀螺力学使用矢量叉积的物理本义所在；以此原则为基础，以不变应万变，陀螺的其他运动现象就都可以迎刃而解了

。

2、陀螺质心进动原理

在平面上垂直自旋的陀螺，当我们用一个细棒向左或右拨动自旋轴上或下端点时，它会产生绕质心的进动，这种进动有一个特点，那就是陀螺质心始终保持在进动中心轴线上。

如果陀螺还有平动就是陀螺自旋轴的漂移运动，这个运动实质是自旋陀螺质心双自旋的表现，即原自旋速度减慢，转化成了绕质心的进动

地球绕太阳运动就可以看做是这种运动状态，从“自旋生磁”角度来讲，地磁轴是它真正的自旋轴，现代观察到所认为的地理自旋轴为进动旋转轴，是一种假自旋轴，静态自旋陀螺产生进动的原因是陀螺自旋轴受力而产生力矩不平衡造成的，即陀螺进动的本质就是陀螺自旋轴受力矩不相等的结果，质心重力矩提供持续的力矩作用，陀螺产生进动时它的自旋角速度会变小。

3、陀螺曲线平动原理

假如我们在自旋陀螺轴上下端距质心等距离处施加相等大小的外力，则陀螺不会产生自旋

轴倾斜的进动，但会产生质心平移的曲线运动。

自旋轴二端受力F使陀螺产生与v1相垂直的速度v2，如果｜v1｜=｜v2｜则会产生圆周曲线运动，如果｜v1｜＞｜v2｜，则会产生椭圆曲线运动，但无论什么形式的曲线运动其平移速度｜v1｜不会减小，只是速度方向发生改变，即产生了与v1相垂直的v2速度分量；如果这对力偶不消失，它就会产生一个完整的闭合曲线运动轨迹，且F永远与v2方向垂直，即F⊥v2

，这种力作用也遵守Ω=F×V

“三垂性”原理。

这个实验说明，陀螺产生曲线的原因是由自旋轴二端受平行于速度方向持续力矩约束造成的，这时陀螺自旋角速度ω和曲线速度v值大小同初始态一样不变，只是其v运动速度方向发生了变化。

“陀螺曲线平动原理”也适用于磁陀螺在磁场中的曲线运动，磁陀螺在磁场中运动时，由于受中心磁体磁极力的影响正好可以提供这种持续的力矩作用，不论有无重力场存在，自旋磁陀螺只要轴向受力，它都会产生一个与自旋轴、原平动方向垂直的新速度v⊥，只要这个轴力矩持续存在，那么，这个变方向速度就一直存在，就能够形成稳定的曲线运动轨迹。

手机陀螺仪一般称之为角速度传感器，陀螺仪的工作原理

陀螺仪，又称角速度传感器，不同于加速度计（g传感器），它测量的是当物理量发生偏转或倾斜时的旋转角速度。在手机上，仅仅用加速度计是不可能测量或重建完整的三维运动的。

如果无法测量旋转运动，则g传感器只能检测沿轴的线性运动。但陀螺仪能够很好地测量旋转和偏转的运动，从而能够准确地分析和判断用户的实际动作。然后根据动作，你可以在手机上做相应的操作！

扩展资料：

第一大用途，导航。

陀螺仪自被发明开始，就用于导航，先是德国人将其应用在V1、V2火箭上，因此，如果配合GPS，手机的导航能力将达到前所未有的水准。实际上，目前很多专业手持式GPS上也装了陀螺仪，如果手机上安装了相应的软件，其导航能力绝不亚于目前很多船舶、飞机上用的导航仪

第二大用途，可以和手机上的摄像头配合使用，比如防抖，这会让手机的拍照摄像能力得到很大的提升。

第三大用途，各类游戏的传感器 ，比如飞行游戏，体育类游戏，甚至包括一些第一视角类射击游戏，陀螺仪完整监测游戏者手的位移，从而实现各种游戏操作效果。有关这点，想必用过任天堂WII的兄弟会有很深的感受

第四大用途，可以用作输入设备，陀螺仪相当于一个立体的鼠标，这个功能和第三大用途中的游戏传感器很类似，甚至可以认为是一种类型。

参考资料来源：百度百科：角速度传感器

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。就像前面第四页的活动中，我们可以轻易的改变旋转中车轮转轴的方向一样。所以设置在飞机、飞弹中的陀螺仪是靠内部所提供的动力，使其保持高速转动。

陀螺仪通常装置在除了要定出东西南北方向，还要能判断上方跟下方的交通工具或载具上，像是飞机、飞船、飞弹、人造卫星、潜艇等等。它是航空、航海及太空导航系统中判断方位的主要依据。这是因为在高速旋转下，陀螺仪的转轴稳定的指向固定方向，将此方向与飞行器的轴心比对后，就可以精确得到飞机的正确方向。罗盘不能取代陀螺仪，因为罗盘只能确定平面的方向；另方面陀螺仪也比传统罗盘方便可靠，因为传统罗盘是利用地球磁场定向，所以会受到矿物分布干扰，例如受到飞机的机身或船身含铁物质的影响；另方面在两极也会因为地理北极跟地磁北极的不同而出现很大偏差，所以目前航空、航海都已经以陀螺仪以及卫星导航系统作为定向的主要仪器。

陀螺就是围绕着某个固定的支点而快速转动起来的刚体，平时所说的陀螺其实专指呈对称性的陀螺，它的质量是均匀分布的，形状是以轴为对称的，自转轴就是它的对称轴。在一定力矩的作用下，陀螺会一直在自转，而且还会围绕着一个不变的轴一直在旋转，称作陀螺的旋进或者是回转效应。这是在平时的生活中普遍存在的现象，例如很多孩子小时候玩的陀螺。随着科技的进步，人类就根据陀螺的力学的有关性质制造成具有很多种功能的陀螺仪。

它就是根据以高速回转的物体，它的动量矩敏感的壳体在相对惯性的空间中，围绕与自转轴正交的一到两个轴的角运动测量精密装置。

它的应用领域很广泛，在军事、技术和科学的研究和应用中都少不了它。例如：陀螺的章动、炮弹的翻转、定向指示仪以及回转罗盘等等。

按照它的用途来分，陀螺仪可被分为指示陀螺仪和传感陀螺仪。前者一般应用在飞行状态的指示中，当作领航和驾驶仪表来用；后者一般应用在飞行的物体处于运动状态的自动控制的系统之中。

陀螺仪属于机械仪器，它的重要组成是一个以很高的角速度围绕着旋转轴快速旋转的转子，而这个转子是被安装在一只架里面的。再在转子的中心轴上面加一个内环架，具有这样的装置的话，它就能够围绕着飞机的两轴来做自由的运动。如果再在内环架的外边添加一个外环架的话，它就可以拥有两个平衡环，这个时候，它能够围绕着飞机的三轴做自由的运动了，这样的装置已经是一个很完整的太空陀螺。

陀螺仪的工作原理是：当一个正在旋转的物体，它的旋转轴正在指着的方向没有受到外力的影响的时候，它是不会有任何改变的。而就是以这个原理作为依据，用它来保持一定的方向的。它也是根据这个原理而制造出来的。在正常工作的时候，为了让它可以高速旋转，需要给它一个外力，这个速度一般可以达到每一分钟可以有几十万转，因此，它可以持续工作的时间还是比较长的，接着使用不同的方法来记录下旋转轴指示的方向，同时自动地把数据信号送到控制系统中。

目前，一般把陀螺仪分为激光陀螺、光纤陀螺、微机械陀螺和压电陀螺，这些都是属于电子式的，可跟GPS、磁阻芯片以及加速度计一起制造成为惯性导航控制系统。

其实陀螺仪既古老又富有生命力，人们对它的使用已经超过半个世纪，但是经过这么多年，很多研究者对它的研究还是非常感兴趣的，为什么呢？就是因为它本身就有很多的特别之处。它的两个基本特性是其进动性和稳定性。大家小时候玩陀螺的时候就知道它以高速旋转时，可以竖直起来并且不会倒地一直与地面保持着垂直的状态，这个就说明它的稳定性。

陀螺仪的原理就是，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。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。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。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。然后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。

现代陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。1976年 等提出了现代光纤陀螺仪的基本设想，到八十年代以后，现代光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展，与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，所以目前光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪，成为现代导航仪器中的关键部件。和光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外，还有现代集成式的振动陀螺仪，集成式的振动陀螺仪具有更高的集成度，体积更小，也是现代陀螺仪的一个重要的发展方向。

现代光纤陀螺仪包括干涉式陀螺仪和谐振式陀螺仪两种，它们都是根据塞格尼克的理论发展起来的。塞格尼克理论的要点是这样的：当光束在一个环形的通道中前进时，如果环形通道本身具有一个转动速度，那么光线沿着通道转动的方向前进所需要的时间要比沿着这个通道转动相反的方向前进所需要的时间要多。也就是说当光学环路转动时，在不同的前进方向上，光学环路的光程相对于环路在静止时的光程都会产生变化。利用这种光程的变化，如果使不同方向上前进的光之间产生干涉来测量环路的转动速度，这样就可以制造出干涉式光纤陀螺仪，如果利用这种环路光程的变化来实现在环路中不断循环的光之间的干涉，也就是通过调整光纤环路的光的谐振频率进而测量环路的转动速度，就可以制造出谐振式的光纤陀螺仪。从这个简单的介绍可以看出，干涉式陀螺仪在实现干涉时的光程差小，所以它所要求的光源可以有较大的频谱宽度，而谐振式的陀螺仪在实现干涉时，它的光程差较大，所以它所要求的光源必须有很好的单色性。

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