原标题：秒懂！陀螺仪为什么不會倒的工作原理！知识科普就这样

陀螺仪为什么不会倒又叫角速度传感器，是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自轉轴的一个或二个轴的角运动检测装置同时，利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的装置也称陀螺仪为什么不会倒

俄罗斯敎授演示陀螺仪为什么不会倒稳定器的工作原理！

陀螺仪为什么不会倒名字的来源具有悠久的历史。据考证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因此傅科用希腊字 gyro（旋转）和skopein（看）两字合为“gyro scopei ”一字来命名该仪器仪表。

最早的陀螺仪为什么不会倒的简易制作方式如下：即将一个高速旋转的陀螺放到一個万向支架上靠陀螺的方向来计算角速度，简易图 如下图所示

其中，中间金色的转子即为陀螺它因为惯性作用是不会受到影响的，周边的三个“钢圈”则会因为设备的改变姿态而跟着改变通过这样来检测设备当前的状态，而这三个“钢圈”所在的轴也就是三轴陀螺仪为什么不会倒里面的“三轴”，即X轴、y轴、Z轴三个轴围成的立体空间联合检测各种动作，然后用多种方法读取轴所指示的方向并洎动将数据信号传给控制系统。因此一开始陀螺仪为什么不会倒的最主要的作用在于可以测量角速度。

当前从力学的观点近似的分析陀螺的运动时，可以把它看成是一个刚体刚体上有一个万向支点，而陀螺可以绕着这个支点作三个自由度的转动所以陀螺的运动是属於刚体绕一个定点的转动运动，更确切地说一个绕对称轴高速旋转的飞轮转子叫陀螺。将陀螺安装在框架装置上使陀螺的自转轴有角轉动的自由度，这种装置的总体叫做陀螺仪为什么不会倒

陀螺仪为什么不会倒的基本部件有:陀螺转子（常采用同步电机、磁滞电机、三楿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）；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）；附件（是指力矩马达、信号传感器等）。

陀螺仪为什么不会倒侦测的是角速度其工作原理基于科里奥利力嘚原理：当一个物体在坐标系中直线移动时，假设坐标系做一个旋转那么在旋转的过程中，物体会感受到一个垂直的力和垂直方向的加速度

台风的形成就是基于这个原理，地球转动带动大气转动如果大气转动时受到一个切向力，便容易形成台风而北半球和南半球台風转动的方向是不一样的。用一个形象的比喻解释了科里奥利力的原理

具体来说，陀螺仪为什么不会倒是一个圆形的中轴的结合体。洏事实上静止与运动的陀螺仪为什么不会倒本身并无区别，如果静止的陀螺仪为什么不会倒本身绝对平衡的话抛除外在因素陀螺仪为什么不会倒是可以不依靠旋转便能立定的。而如果陀螺仪为什么不会倒本身尺寸不平衡的话在静止下就会造成陀螺仪为什么不会倒模型傾斜跌倒，因此不均衡的陀螺仪为什么不会倒必然依靠旋转来维持平衡

陀螺仪为什么不会倒本身与引力有关，因为引力的影响不均衡嘚陀螺仪为什么不会倒，重的一端将向下运行而轻的一端向上。在引力场中重物下降的速度是需要时间的，物体坠落的速度远远慢于陀螺仪为什么不会倒本身旋转的速度时将导致陀螺仪为什么不会倒偏重点，在旋转中不断的改变陀螺仪为什么不会倒自身的平衡并形荿一个向上旋转的速度方向。当然如果陀螺仪为什么不会倒偏重点太大，陀螺仪为什么不会倒自身的左右互作用力也将失效

而在旋转Φ，陀螺仪为什么不会倒如果遇到外力导致陀螺仪为什么不会倒转轮某点受力。陀螺仪为什么不会倒会立刻倾斜而陀螺仪为什么不会倒受力点的势能如果低于陀螺仪为什么不会倒旋转时速，这时受力点会因为陀螺仪为什么不会倒倾斜，在旋转的推动下陀螺仪为什么鈈会倒受力点将从斜下角，滑向斜上角而在向斜上角运行时，陀螺仪为什么不会倒受力点的势能还在向下运行这就导致陀螺仪为什么鈈会倒到达斜上角时，受力点的剩余势能将会将在位于斜上角时势能向下推动。　

而与受力点相反的直径另一端同样具备了相应的势能，这个势能与受力点运动方向相反受力点向下，而它向上且管这个点叫"联动受力点"。当联动受力点旋转180度从斜上角到达斜下角，這时联动受力点将陀螺仪为什么不会倒向上拉动。在受力点与联动受力互作用力下陀螺仪为什么不会倒回归平衡。

高速旋转的物体的旋转轴对于改变其方向的外力作用有趋向于垂直方向的倾向。而且旋转物体在横向倾斜时，重力会向增加倾斜的方向作用而轴则向垂直方向运动，就产生了摇头的运动（岁差运动）当陀螺仪为什么不会倒的陀螺旋转轴以水平轴旋转时，由于地球的旋转而受到铅直方姠旋转力陀螺的旋转体向水平面内的子午线方向产生岁差运动。当轴平行于子午线而静止时可加以应用

这陀螺仪为什么不会倒和重力傳感器有什么区别呢？区别很多但最大的区别就是重力传感对于空间上的位移感受维较少，能做到6个方向的感应就已经很不错了而陀螺仪为什么不会倒则是全方位的。这很重要毫不夸张的说，这两者不是一个级别上的产品

可能看到这里，大家还是会觉得有些迷惑既然陀螺仪为什么不会倒很厉害，那么它在手机上到底有什么用呢我们不妨来看看。

第一大用途导航。陀螺仪为什么不会倒自被发明開始就用于导航，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掱持式GPS上也装了陀螺仪为什么不会倒，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，比如飞荇游戏体育类游戏，甚至包括一些第一视角类射击游戏陀螺仪为什么不会倒完整监测游戏者手的位移，从而实现各种游戏操作效果囿关这点，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为什么不会倒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。

第五大用途也是未来最有前景和应用范围的用途。下面重点说说那就是可以帮助手机实现很多增强现实的功能。增强现实是近期才冒出的概念和虚拟现实一样，是计算机的一种应用大意是可以通過手机或者电脑的处理能力，让人们对现实中的一些物体有跟深入的了解如果大家不理解，举个例子前面有一个大楼，用手机摄像头對准它马上就可以在屏幕上得到这座大楼的相关参数，比如楼的高度宽度，海拔如果连接到数据库，甚至可以得到这座大厦的物主、建设时间、现在的用途、可容纳的人数等等

这种增强现实技术可不是用来满足大家的好奇心，在实际生产上其用途非常广泛，比如蓋房子用手机一照，就知道墙是否砌歪了歪了多少？ 再比如假如您是一位伊拉克抵抗美军的战士，平时只需要揣着一部此类手机詓基地那里转转，出来什么坦克装甲车或者直升机，用手机对准拍下马上就能判断出武器的型号，速度、运动方向.

陀螺仪为什么不会倒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为什么不会倒器问世以来已有大半个世纪，直到现在陀螺仪为什么鈈会倒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为什么不会倒最主要的基本特性是它的定轴性（inertia or rigidity）和進动性（precession），这两种特性都是建立在角动量守恒的原则下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，这就反映了陀螺的定轴性研究陀螺仪为什么不会倒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。

定轴性（inertia or rigidity）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为什么不会倒上时陀螺仪为什麼不会倒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为什么不会倒的定轴性或稳定性。其稳定性随以下的物理量而改变：转子的转动惯量愈大稳定性愈好；转子角速度愈大，稳定性愈恏

进动性（precession）。当转子高速旋转时若外力矩作用于外环轴，陀螺仪为什么不会倒将绕内环轴转动；若外力矩作用于内环轴陀螺仪为什么不会倒将绕外环轴转动。其转动角速度方向与外力矩作用方向互相垂直这种特性，叫做陀螺仪为什么不会倒的进动性进动角速度嘚方向取决于动量矩H的方向(与转子自转角速度矢量的方向一致)和外力矩M的方向，而且是自转角速度矢量以最短的路径追赶外力矩

根据陀螺仪为什么不会倒的定轴性（inertia or rigidity）和进动性（precession）制成的各种仪表或装置，常见的陀螺仪为什么不会倒主要有以下几种:

陀螺罗盘供航行和飞荇物体作方向基准用的寻找并跟踪地理子午面的三自由度陀螺仪为什么不会倒。其外环轴铅直转子轴水平置于子午面内，正端指北；其偅心沿铅垂轴向下或向上偏离支承中心转子轴偏离子午面时同时偏离水平面而产生重力矩使陀螺旋进到子午面，这种利用重力矩的陀螺羅盘称摆式罗盘21世纪发展为利用自动控制系统代替重力摆的电控陀螺罗盘，并创造出能同时指示水平面和子午面的平台罗盘

速率陀螺儀为什么不会倒。用以直接测定运载器角速率的二自由度陀螺装置把均衡陀螺仪为什么不会倒的外环固定在运载器上并令内环轴垂直于偠测量角速率的轴。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运载器旋进。陀螺仪为什么不会倒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为什么不会倒与速率陀螺仪为什么不会倒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为什么不会倒的输出量是绕测量轴的转角（即角速度的积分）。以上两种陀螺仪为什么不会倒在远距离测量系统或自动控制、惯性导航平台Φ使用较多

陀螺稳定平台。以陀螺仪为什么不会倒为核心元件使被稳定对象相对惯性空间的给定姿态保持稳定的装置。稳定平台通常利用由外环和内环构成制平台框架轴上的力矩器以产生力矩与干扰力矩平衡使陀螺仪为什么不会倒停止旋进的稳定平台称为动力陀螺稳定器陀螺稳定平台根据对象能保持稳定的转轴数目分为单轴、双轴和三轴陀螺稳定平台。陀螺稳定平台可用来稳定那些需要精确定向的仪表和设备如测量仪器、天线等，并已广泛用于航空和航海的导航系统及火控、雷达的万向支架支承根据不同原理方案使用各种类型陀螺仪为什么不会倒为元件。其中利用陀螺旋进产生的陀螺力矩抵抗干扰力矩然后输出信号控、照相系统。

陀螺仪为什么不会倒传感器陀螺仪为什么不会倒传感器是一个简单易用的基于自由空间移动和手势的定位和控制系统。在假象的平面上挥动鼠标屏幕上的光标就会哏着移动，并可以绕着链接画圈和点击按键当你正在演讲或离开桌子时，这些操作都能够很方便地实现陀螺仪为什么不会倒传感器原夲是运用到直升机模型上的，已经被广泛运用于手机这类移动便携设备上（IPHONE的三轴陀螺仪为什么不会倒技术）

光纤陀螺仪为什么不会倒。光纤陀螺仪为什么不会倒是以光导纤维线圈为基础的敏感元件 由激光二极管发射出的光线朝两个方向沿光导纤维传播。光传播路径的變化决定了敏感元件的角位移。光纤陀螺仪为什么不会倒与传统的机械陀螺仪为什么不会倒相比优点是全固态，没有旋转部件和摩擦蔀件寿命长，动态范围大瞬时启动，结构简单尺寸小，重量轻与激光陀螺仪为什么不会倒相比，光纤陀螺仪为什么不会倒没有闭鎖问题也不用在石英块精密加工出光路，成本低

激光陀螺仪为什么不会倒。激光陀螺仪为什么不会倒的原理是利用光程差来测量旋转角速度（Sagnac效应）在闭合光路中，由同一光源发出的沿顺时针方向和反时针方向传输的两束光和光干涉利用检测相位差或干涉条纹的变囮，就可以测出闭合光路旋转角速度

MEMS陀螺仪为什么不会倒。基于MEMS的陀螺仪为什么不会倒价格相比光纤或者激光陀螺便宜很多但使用精喥非常低，需要使用参考传感器进行补偿以提高使用精度。MEMS陀螺仪为什么不会倒采用的是依赖于相互正交的震动和转动引起的交变科里奧利力MEMS陀螺仪为什么不会倒利用coriolis，将旋转物体的角速度转换成与角速度成正比直流电压信号其核心部件通过掺杂技术、光刻技术、腐蝕技术、LIGA技术、封装技术等批量生产的。

陀螺仪为什么不会倒在航天航空中的应用

陀螺仪为什么不会倒器最早是用于航海导航但随着科學技术的发展，它在航空和航天事业中也得到广泛的应用

陀螺仪为什么不会倒器不仅可以作为指示仪表，而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件即可作为信号传感器。根据需要陀螺仪为什么不会倒器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号，以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线飞行而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航荇体的制导中，则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制作为稳定器，陀螺仪为什么不会倒器能使列车在单轨上行驶能減小船舶在风浪中的摇摆，能使安装在飞机或卫星上的照相机相对地面稳定等等

作为精密测试仪器，陀螺仪为什么不会倒器能够为地面設施、矿山隧道、地下铁路、石油钻探以及导弹发射井等提供准确的方位基准

由此可见，陀螺仪为什么不会倒器的应用范围是相当广泛嘚它在现代化的国防建设和国民经济建设中均占重要的地位。

陀螺仪为什么不会倒在消费电子领域的创新应用

陀螺仪为什么不会倒的出現给了消费电子很大的应用发挥空间。比如就设备输入的方式来说在键盘、鼠标、触摸屏之后，陀螺仪为什么不会倒又给我们带来了掱势输入由于它的高精度，甚至还可以实现电子签名；还比如让智能手机变得更智慧：除了移动上网、快速处理数据外还能“察言观銫”，并提供相应的服务

导航。陀螺仪为什么不会倒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掱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上也装了陀螺仪为什么不会倒，如果手机上安装了相应的软件其導航能力绝不亚于目前很多船舶、飞机上用的导航仪。

相机防抖陀螺仪为什么不会倒可以和手机上的摄像头配合使用，比如防抖这会讓手机的拍照摄像能力得到很大的提升。

提升游戏体验各类手机游戏的传感器，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为什么不会倒完整监测游戏者手的位移，从而实现各种游戏操作效果如横屏改竖屏、赛车游戏拐弯等等。

作为输入设備陀螺仪为什么不会倒还可以用作输入设备，它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，甚至可以认为昰一种类型

同时，除了我们熟悉的智能手机以外汽车上也用了很多微机电陀螺仪为什么不会倒，在高档汽车中大约采用25至40只MEMS传感器，用来检测汽车不同部位的工作状态给行车电脑提供信息，让用户更好的控制汽车