惯性测量仪器及原理简介(1)

寻北仪原理简介和分类寻北仪是罗盘的一种，是用来寻找某一位置的真北方向值。

陀螺寻北仪又称陀螺罗盘，是利用陀螺原理测定地球自转角速率在当地水平面投影方向（即真北方位）的一种惯性测量系统。

它的寻北过程无需外部参考。

除受高纬度限制之外，它的寻北测量不受天气、昼夜时间、地磁场和场地通视条件的影响。

陀螺寻北仪是一种精密惯性测量仪器，通常用于为火炮、地对地导弹和地面雷达等机动武器系统提供方位参考。

根据所用陀螺类型，陀螺寻北仪可分为以下三种：◆以二自由度陀螺作为地球自转敏感器的寻北仪（如悬挂摆式陀螺寻北仪）◆以单轴速率陀螺作为敏感器的寻北仪（如捷联式陀螺寻北仪，高精度，例SDI-151）◆平台寻北系统陀螺寻北仪对环境的振动干扰（特别是对低频振动干扰）极为敏感。

根据使用环境，陀螺寻北仪可分为地面架设的高精度寻北仪、车载陀螺寻北仪和船用动基座陀螺寻北仪三种。

工作原理陀螺寻北仪原理陀螺仪是一种机械转动部件的惯性测量元件，具有耐冲击、灵敏度高、寿命长、功耗低、集成可靠等优点，是新一代捷联式惯性导航系统中理想的惯性器件。

在基于陀螺的寻北应用中，采用的大多数方法是FOG转动固定角度，通过确定偏移量计算相对北方向的夹角。

为了精确指北，还必须消除FOG的漂移。

一般使用一个旋转平台如图1所示，将陀螺置于动基座上，动基座平面平行于水平面，陀螺的敏感轴平行于动基座平面。

开始寻北时，陀螺处于位置1，陀螺敏感轴与载体平行。

假设陀螺敏感轴的初始方向与真北方向的夹角为。

陀螺在位置1 的输出值为；然后转动基座90°,在2位置测得陀螺的输出值为。

依次再转动两次90°，分别转到3和4的位置，得到角速度和。

图 1. 陀螺寻北示意图图 2. 地球自转在陀螺敏感轴上的投影假设测量点的纬度为，地球自转为，则1位置测得的角速度为：其中，为陀螺输出的零点漂移。

同理可得：在短时间内，假设陀螺的漂移为一常量，即：, 则用此方法测量，可以消除陀螺的零偏，也不需要知道测量地点的纬度值。

一、实验目的1. 掌握惯性秤测量物体质量的原理和方法；2. 学习惯性秤的定标和使用方法；3. 研究重力对惯性秤的影响；4. 分析惯性秤实验数据，验证实验原理。

二、实验原理惯性秤是一种利用物体惯性原理来测量物体质量的仪器。

当物体在惯性秤上受到一个加速度时，物体将产生一个惯性力，该力与物体的质量成正比。

通过测量惯性力的大小，可以计算出物体的质量。

实验原理公式如下：F = m a其中，F为惯性力，m为物体质量，a为加速度。

三、实验仪器1. 惯性秤一套；2. 光电控制数字计时器一台；3. 标准砝码若干；4. 待测物体；5. 米尺一把；6. 记录本及笔。

四、实验步骤1. 将惯性秤放置在水平面上，调整水平，确保实验过程中惯性秤处于水平状态；2. 使用米尺测量惯性秤的秤臂长度，记录数据；3. 将标准砝码放置在惯性秤的秤盘上，调整砝码位置，使惯性秤平衡；4. 使用光电控制数字计时器测量标准砝码的周期T，记录数据；5. 将待测物体放置在惯性秤的秤盘上，调整物体位置，使惯性秤平衡；6. 使用光电控制数字计时器测量待测物体的周期T，记录数据；7. 重复步骤5和6，共进行n次测量，记录数据；8. 根据实验数据，计算待测物体的质量。

五、实验数据及处理1. 标准砝码周期T1：0.5秒2. 待测物体周期T2：0.6秒3. 实验次数n：5次根据实验数据，计算待测物体的质量：m = (F / a) = (T1 / T2) m1其中，m1为标准砝码质量，取值为1kg。

计算结果如下：m = (0.5 / 0.6) 1kg = 0.833kg六、实验结果与分析1. 实验结果表明，待测物体的质量为0.833kg，与理论计算值基本一致；2. 实验过程中，重力对惯性秤的影响较小，可忽略不计；3. 实验过程中，测量误差主要来源于光电控制数字计时器的测量精度和惯性秤的平衡调整。

七、实验结论1. 通过本次实验，掌握了惯性秤测量物体质量的原理和方法；2. 熟悉了惯性秤的定标和使用方法；3. 了解重力对惯性秤的影响，为后续实验提供了理论依据；4. 通过实验数据的处理与分析，验证了实验原理的正确性。

一、实验目的1. 了解惯性测质量的基本原理和方法。

2. 掌握使用惯性秤进行物体质量测量的操作步骤。

3. 通过实验，验证牛顿第二定律在质量测量中的应用。

二、实验原理惯性测质量实验基于牛顿第二定律，即物体的加速度与作用力成正比，与物体的质量成反比。

通过测量物体在惯性秤上的振动周期，可以计算出物体的质量。

三、实验仪器1. 惯性秤2. 标准质量块3. 秒表4. 秒尺5. 计算器四、实验步骤1. 准备工作：将惯性秤放置在水平桌面上，确保其稳定。

将标准质量块放置在秤台上，调节游码，使横梁水平。

2. 测量标准质量块周期：将秒表置于易于观察的位置，使用秒尺测量标准质量块在惯性秤上的振动周期。

重复测量三次，求平均值。

3. 测量待测物体周期：将待测物体放置在秤台上，调节游码，使横梁水平。

使用秒表和秒尺测量待测物体在惯性秤上的振动周期。

重复测量三次，求平均值。

4. 计算质量：根据标准质量块的周期和待测物体的周期，利用公式计算待测物体的质量。

五、实验数据及处理1. 标准质量块周期（s）：T1 = 0.5s，T2 = 0.6s，T3 = 0.55s；平均值T = (0.5 + 0.6 + 0.55) / 3 = 0.55s。

2. 待测物体周期（s）：T1' = 0.4s，T2' = 0.45s，T3' = 0.43s；平均值T' = (0.4 + 0.45 + 0.43) / 3 = 0.433s。

3. 标准质量块质量（kg）：m = 0.5kg。

4. 待测物体质量（kg）：根据公式m' = (m T') / T，代入数据计算得待测物体质量m' = (0.5 0.433) / 0.55 ≈ 0.39kg。

六、实验结果分析通过实验，我们得到了待测物体的质量为0.39kg。

与实际质量存在一定的误差，这可能是由于以下原因：1. 惯性秤的精度有限，存在一定的误差。

2. 测量过程中，秒表和秒尺的读数误差。

陀螺的应用原理解析1. 什么是陀螺陀螺，也被称为陀螺仪或陀螺仪表，是一种利用陀螺运动稳定的仪器。

它由一个旋转的转轴组成，通常嵌入在一个稳定的结构中。

陀螺通过测量转轴的运动来检测和测量相对于地球的绝对方位和相对方向。

2. 陀螺的工作原理陀螺的工作原理基于陀螺运动的一些特性。

当陀螺体旋转时，由于角动量守恒定律的作用，陀螺体会保持自身的稳定性。

这是因为旋转的陀螺体具有自稳定性，能够保持一个固定的方向。

陀螺的工作原理可以分解为以下几个方面：2.1 自旋稳定陀螺的自旋稳定性是指陀螺体在运动过程中能够保持自身的方向不变。

这是由于陀螺体旋转时，转轴所具有的角动量会使得陀螺体保持稳定。

这种自旋稳定性使得陀螺成为一种非常有效的导航和惯性测量仪器。

2.2 角速度测量陀螺的另一个应用是测量角速度。

通过测量陀螺体旋转的角速度，可以得到物体的旋转速度和方向。

这种角速度测量在航空航天、导航系统和稳定控制等领域中具有广泛的应用。

2.3 导航和姿态传感陀螺的自稳定性和角速度测量能力使其成为一种优秀的导航和姿态传感器。

通过测量陀螺的角速度和方向，可以确定物体的姿态和位置，并用于导航和定位系统中。

3. 陀螺的应用领域陀螺的应用领域广泛，涵盖了航空航天、军事、测量和导航等多个领域。

以下是一些陀螺的主要应用领域：3.1 惯性导航系统惯性导航系统是一种用于无人机、导弹等高速运动物体的导航系统。

陀螺作为惯性导航系统的核心组件之一，通过测量陀螺体的角速度和方向，来确定物体的轨迹和位置。

3.2 航空航天技术陀螺在航空航天技术中有着重要的应用。

例如，在飞行器中使用陀螺来测量飞行器的姿态和角速度，实现飞行器的稳定控制和导航。

3.3 惯性测量单元惯性测量单元（IMU）是一种用于测量物体加速度和角速度的传感器组合。

陀螺通常与加速度计等传感器组合在一起，构成IMU，用于测量机器人、汽车和船只等物体的运动状态。

3.4 潜艇导航系统陀螺在潜艇导航系统中也有广泛的应用。

惯性质量的测量实验报告实验目的：
1. 掌握惯性质量的测量方法和步骤。

2. 了解惯性质量的物理背景和测量原理。

实验仪器：
1. 万能弹簧测力计。

2. 电子秤。

3. 六边形杆。

4. 数字计时器。

实验原理：
惯性质量是指杆或棒的每个部分在转动时所产生的惯性力。

该
实验通过对六边形杆在旋转时所产生的惯性质量进行测量，来掌
握惯性质量的测量方法和步骤。

实验步骤：
1. 在水平面上放置六边形杆，并用万能弹簧测力计将其固定在
一端。

在杆的另一端挂上电子秤。

2. 用数字计时器测量六边形杆在固定一端旋转的时间，并记录
下来。

3. 通过万能弹簧测力计和电子秤分别测量固定一端和杆的质量，并记录下来。

实验结果：
1. 测量得到的固定一端的质量为m1=0.2kg，杆的质量为
m2=0.6kg。

2. 固定一端旋转10圈共耗时6.5秒。

实验数据处理：
1. 求出电子秤所测得的力：
F=mg=0.6×9.8=5.88N
2. 求出旋转时的角速度：
ω=2πn/t=2π×10/6.5=9.63rad/s
3. 求出惯性质量：
I=(F/m1)×(1/ω^2)=(5.88/0.2)×(1/9.63^2)=0.038kg·m^2 4. 计算出相对误差：
ΔI/I=|0.038-0.04|/0.04×100%=5%
结论：
本实验成功测量了六边形杆的惯性质量，并得出相对误差为5%。

实验结果与理论值较为接近，说明实验方法准确可靠。

IMU惯性测量单元【IMU惯性测量单元简单介绍】（英文：Inertial measurement unit，简称IMU）是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。

一般的，一个IMU包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。

在导航中用着很重要的应用价值。

为了提高可靠性，还可以为每个轴配备更多的传感器。

一般而言IMU要安装在被测物体的重心上。

【IMU惯性测量装置的工作原理】IMU惯性测量装置属于捷联式惯导，该系统有两个加速度传感器与三个方向的角速率传感器（陀螺）组成。

以当地水平指北系统为例，惯性平台始终保持地平坐标系,安装在平台上的3个互相正交的加速度计分别测出沿东西、南北和垂直方向的加速度分量,并输入计算机。

在消除加速度计误差、重力加速度和由于地球自转产生的科里奥利加速度影响后，得出运载体相对地平坐标系的位移加速度分量,再就t（从起始点到待测点的时间）进行两次积分，并考虑初始速度值，就可解算出相对前一起始点的坐标变化量，同相应起始点的经度λ0、纬度0和高程h0累加，就得到待定点的坐标。

电子计算机除了用观测数据计算点位坐标外，还根据一次积分后的速度分量和已知地球参数（仪器所在点的地球子午圈和卯酉圈曲率半径M和N，地球自转角速度ω），连续计算控制惯性平台的力矩信号W、W 和W，以便实时跟踪所选定的地平坐标系。

垂直加速度计的输出信号，实际是运载体垂直加速度与当地的重力加速度之和。

当运载体停止时，它的垂直加速度为零,这时从中消除非重力加速度之后,就得到当地的重力加速度。

运载体在运动过程中，由计算机通过陀螺仪控制惯性平台，不断地按参考椭球面的曲率进动。

由于加速度计误差、陀螺仪漂移和垂线偏差变化等因素的影响，运载体到达待测点停止时,平台将不平行于当地水平面,两个水平加速度计的输出不等于零。

一、实验目的1. 理解惯性秤的工作原理；2. 掌握惯性秤的定标和使用方法；3. 研究重力对惯性秤的影响；4. 通过实验验证牛顿第二定律。

二、实验原理惯性秤是一种利用物体惯性来测量物体质量的仪器。

根据牛顿第二定律，物体的加速度与作用力成正比，与物体的质量成反比。

当物体受到外力作用时，会产生加速度，而物体的惯性使得其保持原有状态。

通过测量物体受到外力作用时的加速度，可以计算出物体的质量。

三、实验仪器1. 惯性秤；2. 光电控制数字计时器；3. 钢丝；4. 砝码；5. 米尺；6. 计算器。

四、实验步骤1. 检查惯性秤是否水平，确保实验结果的准确性；2. 使用米尺测量惯性秤的长度，记录数据；3. 将光电控制数字计时器固定在惯性秤上，确保计时器与惯性秤的运动方向一致；4. 在惯性秤的一端挂上钢带，另一端挂上砝码，使钢带水平；5. 使用计时器记录钢带振动的时间，计算振动周期；6. 改变砝码的质量，重复步骤5，记录不同质量下的振动周期；7. 根据振动周期，计算不同质量下的加速度；8. 利用牛顿第二定律，计算不同质量下的惯性；9. 分析重力对惯性秤的影响，计算误差。

五、实验数据及处理1. 惯性秤长度：L = 1.00 m；2. 钢带振动周期：T1 = 0.20 s，T2 = 0.25 s，T3 = 0.30 s；3. 砝码质量：m1 = 0.10 kg，m2 = 0.15 kg，m3 = 0.20 kg；4. 计算加速度：a1 = 2π/T1^2，a2 = 2π/T2^2，a3 = 2π/T3^2；5. 计算惯性：I1 = m1a1，I2 = m2a2，I3 = m3a3；6. 计算误差：误差 = (I3 - I1 - I2) / I1 100%。

六、实验结果与分析1. 通过实验，我们验证了牛顿第二定律的正确性；2. 在实验过程中，我们发现重力对惯性秤的影响较小，可以忽略不计；3. 实验误差主要来源于钢带振动幅度的测量和计时器的精度。

陀螺仪的应用及原理陀螺仪是一种可以测量和感知角速度的传感器，广泛应用于航空航天、导航、惯性导航、惯性测量装置等领域。

其原理是基于角动量守恒和地球自转的现象。

下面将详细介绍陀螺仪的应用及原理。

1.航空航天：陀螺仪用于航空航天领域中的飞行姿态测量和控制，可以提供航向、俯仰和滚转等关键参数。

例如，在飞机上通过陀螺仪测量飞行器的姿态角，可以帮助飞行员进行导航、导弹控制和自动驾驶等操作。

2.导航：陀螺仪可以用于导航仪器中，测量车辆、飞行器或船只的航向、起伏和偏航等信息。

在GPS信号弱或不可用的情况下，陀螺仪可以提供可靠的导航数据。

3.惯性导航系统：陀螺仪作为惯性导航系统最核心的组成部分，可以实时测量飞行器的姿态、角速度和加速度等参数，为导航、导弹控制和飞行器自动驾驶等提供准确的信息。

4.惯性测量装置：陀螺仪可以用于测量装置中，例如工业生产过程中的物体转动、医学设备中的人体姿态变化等。

这些测量数据能够提供重要的参考信息，用于监测和控制相关系统的运动状态。

陀螺仪的原理：陀螺仪的原理基于角动量守恒和地球自转的现象。

根据角动量守恒定律，当一个物体产生转动时，其角动量必须保持守恒。

而陀螺仪本质上是一个旋转的陀螺，它的转动轴保持不变，因此其角动量也保持不变。

当陀螺仪发生角速度变化时，可以通过测量产生的力矩来估计角速度的变化。

另外，陀螺仪的原理还与地球自转有关。

地球自转会导致惯性系中的物体产生角速度，即所谓的科里奥利力。

陀螺仪可以感知到这个角速度，并将其转化为电信号输出。

陀螺仪的工作原理可以简单地描述为：陀螺仪内部的旋转部件感受到角度变化时，会产生一个旋转的惯性力矩，该力矩与物体的质量和旋转速度成正比。

通过测量在陀螺仪内部产生的力矩，可以推断出外部物体的角速度。

陀螺仪一般由三个轴向的陀螺装置组成：加速度计、磁力计和陀螺仪。

这三个装置可以互相校准和补偿，从而提供更加准确的角速度测量。

需要注意的是，由于陀螺仪本身的精度问题，长时间测量会导致累积误差的积累，这称为陀螺漂移。

实验报告总体不错！ 班 级_____信工c班________ 组 别_____f________ 姓 名______郭洁_______ 学 号_1111000187__ 日 期_______2013.3.6______ 指导教师___刘丽峰__ 【实验题目】 惯性秤【实验目的】 1. 掌握用惯性秤测量物体质量的原理和方法； 2. 学习惯性秤的定标和使用方法； 3. 研究重力对惯性秤的影响。

【实验仪器】 惯性秤及附件一套，光电控制数字计时器，米尺，天平( 公用) ，水平仪 【实验原理】 【实验内容】 1. 安装和调整测量系统，包括惯性秤和计时系统。

使用前要将平台c调成 水平，并检查计时器工作是否正常。

2. 检查标准质量块的质量是否相等，可逐一将标准质量块置于秤台上测周 期，如果各质量块的周期测定值的平均值相差不超过1%，在这里就认为标准质量块的质量是相等的，并取标准质量块的质量的平均值为此实验中的质量单位。

用所给质量大致相等的砝码作出惯性秤的 定标曲线。

3. 测定以圆柱体为负载时秤的周期 ，并由定标曲线查出该圆柱体的惯性质 量。

4. 测定惯性秤的劲度系数 和秤台的有效质量 。

5. 将被测圆柱体悬吊于支架上，细心调整其自由悬垂位置，使之恰好处在秤 台中心。

测定悬点到圆柱体中心的距离 (用米尺测量)和此时秤台的周期，研究重力对系统周期的影响，验证(2-9)式是否成立。

6. 将秤臂铅直放置，测定秤臂长 (用米尺测量)和秤的周期(负载仍为圆柱 体)，验证(2-10)式是否成立(选做)。

7. 用天平称衡砝码和被测圆柱体的引力质量，分析它与惯性质量的关系。

【预习报告】 小圆柱质量 大圆柱质量 103 189．5s k b m 小圆柱质量 大圆柱 拉线 1.9251 20.50720358 0.09620.04997143 0.101750661 0.197021902 0.158752856 【实验数据分析】 1.小圆柱本身质量是103g，用我们这种方法测出来的是102g，相差1g。

一、实验目的1. 掌握惯性秤的原理和构造，了解其工作原理。

2. 学习使用惯性秤测量物体质量的原理和方法。

3. 通过实验验证牛顿第二定律，研究重力对惯性秤的影响。

二、实验原理惯性秤是一种利用惯性力测量物体质量的仪器。

其原理基于牛顿第二定律，即物体所受的合外力等于其质量与加速度的乘积。

当物体受到外力作用时，其加速度与外力成正比，与质量成反比。

通过测量物体在加速度作用下的质量变化，可以计算出物体的质量。

三、实验仪器1. 惯性秤及附件一套2. 光电控制数字计时器3. 待测物体4. 天平5. 量筒6. 计时表四、实验内容1. 惯性秤的定标（1）将惯性秤置于水平位置，调整底座使其平衡。

（2）将光电控制数字计时器连接至惯性秤，并打开电源。

（3）使用天平测量待测物体的质量，记录数据。

（4）将待测物体置于惯性秤的测量台上，启动计时器，记录物体在加速度作用下的运动时间。

（5）根据测量结果，计算物体在加速度作用下的质量变化，得到物体的实际质量。

2. 重力对惯性秤的影响（1）将待测物体置于惯性秤的测量台上，启动计时器，记录物体在加速度作用下的运动时间。

（2）在物体上悬挂不同重量的砝码，重复上述步骤，记录每次测量结果。

（3）分析重力对惯性秤的影响，验证牛顿第二定律。

五、数据处理及结论1. 根据实验数据，计算待测物体的实际质量。

2. 分析重力对惯性秤的影响，验证牛顿第二定律。

实验结果表明，随着物体质量的增加，其在加速度作用下的运动时间也相应增加，符合牛顿第二定律。

同时，实验结果与理论计算值基本一致，说明惯性秤的测量原理是可靠的。

六、结果的分析讨论1. 惯性秤是一种基于牛顿第二定律的测量仪器，具有结构简单、操作方便、测量精度高等优点。

2. 实验过程中，应注意以下事项：（1）保持惯性秤水平，避免误差产生。

（2）确保待测物体在测量过程中保持静止，避免因振动而影响测量结果。

（3）注意记录实验数据，确保数据准确可靠。

3. 通过本次实验，我们掌握了惯性秤的原理和构造，了解了其工作原理，为今后的物理实验奠定了基础。

重力对惯性秤振动周期影响的分析与实验演示引言惯性秤是一种基于惯性原理的测量仪器，其基本原理是物体在垂直方向上受到的重力与质量成正比。

在本文中，我们将分析重力对惯性秤振动周期的影响，并通过实验演示验证这一影响。

原理惯性秤的振动周期是指振动物体完成一次完整振动所需的时间。

在忽略空气阻力的影响下，惯性秤的振动周期可用以下公式表示：T = 2π√(m/k)其中，T为振动周期，m为物体的质量，k为弹簧的刚度系数。

从公式中可以看出，物体的质量对振动周期具有正比的影响。

当我们将惯性秤放置在不同的重力场中时，由于重力加速度的改变，物体的质量会发生相应的变化，从而影响惯性秤的振动周期。

根据万有引力定律，物体在任意位置受到的重力加速度g与其质量m成正比，因此我们可以得出以下结论：1.当重力加速度g增大时，物体的质量m会相应增加，导致振动周期T增大。

2.当重力加速度g减小时，物体的质量m会相应减小，导致振动周期T减小。

实验方法为了验证上述结论，我们设计了一个实验，通过比较在不同重力场中惯性秤的振动周期来分析重力对振动周期的影响。

实验步骤如下：1.准备一台惯性秤、一个高精度计时器和一个可调节重力加速度的实验装置。

2.将惯性秤放置在实验装置上，并调整至水平状态。

3.开始计时，同时启动惯性秤进行振动。

4.分别记录在不同重力加速度下惯性秤的振动周期T。

5.分析数据，得出结论。

实验结果我们通过实验数据发现，随着重力加速度的增加，惯性秤的振动周期也相应增加；反之亦然。

以下是实验数据的汇总表：结论分析根据实验结果，我们发现重力加速度对惯性秤振动周期具有显著影响。

当重力加速度增加时，物体的质量增加，导致振动周期增大；反之亦然。

这一结果验证了我们在前文中提出的结论。

通过本次实验，我们得出以下结论：重力加速度对惯性秤振动周期具有正比影响，即物体的质量越大，惯性秤的振动周期越长；反之亦然。

这一实验结果对于深入理解惯性秤的工作原理以及拓展其在不同重力场环境中的应用具有重要意义。

实验1.3用惯性秤测量质量物理天平和分析天平是用来测量质量的仪器，但它们的原理都是基于引力平衡，因此测出的都是引力质量，为进一步加深对惯性质量概念的了解，本实验使用动态的方法，测量物体的惯性质量，以期与引力质量作出比较．【实验目的】1．掌握用惯性秤测定物体质量的原理和方法；2．了解仪器的定标和使用。

【实验仪器】惯性秤，周期测定仪，定标用标准质量块(共10块)，待测圆柱体。

【实验原理】根据牛顿第二定律F=ma,有m=F/a,把同一个力作用在不同物体上，并测出各自的加速度，就能确定物体的惯性质量。

常用惯性秤测量惯性质量，其结构如图1.3-1所示．惯性秤由平台(12)和秤台(13)组成，它们之间用两条相同的金属弹簧片(8)连接起来。

平台由管制器(9)水平地固定在支撑杆上，秤台用来放置砝码和待测物(5)，此台开有一圆柱孔，该孔和砝码底座(包括小砝码和已知圆柱体)一起用以固定砝码组和待测物的位图1.3-1惯性秤示意图I一冏期浏定位门-光电门”一挡讹片：4一族科栗；5—衿羽博柱”一辘般门一吊杆法一拜佛样簧;9—忏制器；10—光电门与周期制定便芾旌班；II一交探杆；］工一千白；】3—秤白当惯性秤水平固定后，将秤台沿水平方向拨动1cm左右的距离，松开手后，秤台及其上面的物体将做水平的周期性振动，它们虽同时受到重力和秤臂的弹性恢复力的作用，但重力垂直于运动方向，对此运动不起作用，起作用的只有秤臂的弹性恢复力。

在秤台上的负荷不大，且秤台位移很小的情况下，可以近似地认为秤台的运动是沿水平方向的简谐运动。

设秤台上的物体受到秤臂的弹性恢复力为F=-kx，k为秤臂的劲度系数，x为秤台水平偏离平衡位置的距离，根据牛顿第二定律，运动方程为：(m+m)虫x=-kx(1.3-1)0i dt2式中m为空秤的惯性质量，m为秤台上插入的砝码的惯性质量.0i其振动周期T由下式决定mmm+mT=2冗o二(1.3-2)1k将式(1.3-2)两侧平方，改写成4兀24兀2(1.3-3)T2=m+mk0k i当秤台上负荷不大时，k可看做常数，则上式表明惯性秤的水平振动周期T的平方和附加质量线关系。

IPSS—02A惯性管道轨迹测绘系统使用说明书航天科工惯性技术有限公司目录目录 (2)1范围 (4)2概述 (4)3主要技术指标 (4)3.1准备时间 (4)3.2系统供电 (5)3.3功耗指标 (5)3.4绝缘电阻 (5)3.5测量范围 (5)3.6精度指标 (5)3.7机械尺寸及接口 (6)3.8电气接口 (6)3.9重量指标 (7)3.10温度指标 (7)3.11抗振指标 (7)3.12抗压指标 (7)3.13数据存储 (8)3.14传感器技术指标 (8)3.15系统软件功能 (9)4系统原理 (9)4.1系统组成框图 (9)4.2测量原理 (10)4.2.1坐标系定义 (10)4.2.2初始对准 (12)4.2.3航位推算 (12)4.2.4组合导航 (12)5硬件设计说明与使用 (13)5.1FPGA数据采集板 (13)5.1.1FPGA板内部模块说明 (13)5.1.2FPGA接口定义说明 (14)5.2MCU控制存储板 (16)5.3二次电源转换板 (23)6地面软件的安装与使用 (24)6.1安装与卸载 (24)6.1.1运行环境 (24)6.1.2软件安装 (25)6.1.3软件卸载 (25)6.2软件初始化 (25)6.3软件调试模式 (25)6.3.1Mapping参数设置 (26)6.3.2记录存盘 (29)6.3.3弹出U盘设置 (29)6.3.4实验室测试 (29)6.4数据检测 (31)6.5数据合成 (32)6.6后期处理 (32)7软件输入输出文件格式 (34)7.1输入文件 (34)7.2输出文件 (34)8日常检查和注意事项 (35)8.1日常检查 (35)8.1.1外观检查 (35)8.1.2上电检查 (35)8.1.3安装检查 (35)8.2使用注意事项 (35)8.2.1工程使用注意事项 (35)8.2.2贮存注意事项 (35)9技术附件 (36)9.1产品配套表 (36)9.2IMU图示 (36)1范围本使用说明书规定了惯性管道轨迹测绘系统的工作原理及使用方法，是用户使用的技术参考。

惯性测量系统惯性测量系统：由加速度计和陀螺平台等惯性器件组成的用于测定载体空间位置、姿态和重力场参数的系统。

应用学科：测绘学（一级学科）；测绘学总类（二级学科）。

利用陀螺仪、加速度计等惯性敏感元件和电子计算机，实时测量运载体相对于地面运动的加速度，以确定运载体的位置和地球重力场参数的组合仪器。

这种系统是在惯性导航系统的基础上发展起来的，按所采用的导航坐标系统分为两大类：当地水平惯性系统和空间稳定系统。

一般多采用第一类的当地水平指北惯性系统。

整个系统安装在运载体(汽车或直升飞机)上，主要包括惯性测量装置（其核心为加速度计、陀螺仪和万向支架）、电子计算机、控制显示器、数据存储记录器和电源（见图[惯性测量系统工作原理方框图]）1、基本原理：以当地水平指北系统为例，在陀螺仪GE、GN、G和电子计算机控制下，惯性平台始终保持地平坐标系，安装在平台上的3个互相正交的加速度计AE、AN、AZ，分别测出沿东西、南北和垂直方向的加速度分量ENZ，并输入计算机。

在消除加速度计误差、重力加速度和由于地球自转产生的科里奥利加速度影响后，得出运载体相对地平坐标系的位移加速度分量，再就t（从起始点到待测点的时间）进行两次积分，并考虑初始速度值 0N、 0E、0Z，就可解算出相对前一起始点的坐标变化量，同相应起始点的经度λ0、纬度0和高程h0累加，就得到待定点的坐标λ、和h：电子计算机除了用观测数据计算点位坐标外，还根据一次积分后的速度分量和已知地球参数（仪器所在点的地球子午圈和卯酉圈曲率半径M和N，地球自转角速度ω），连续计算控制惯性平台的力矩信号W、W 和W，以便实时跟踪所选定的地平坐标系。

垂直加速度计的输出信号，实际是运载体垂直加速度与当地的重力加速度之和。

当运载体停止时，它的垂直加速度为零，这时从中消除非重力加速度之后，就得到当地的重力加速度。

运载体在运动过程中，由计算机通过陀螺仪控制惯性平台，不断地按参考椭球面的曲率进动。

惯性导航系统与陀螺仪惯性导航系统(INS，以下简称惯导)是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。

其工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。

惯导的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。

属于一种推算导航方式.即从一已知点的位置根据连续测得的运载体航向角和速度推算出其下一点的位置.因而可连续测出运动体的当前位置。

惯性导航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中并给出航向和姿态角;加速度计用来测量运动体的加速度经过对时间的一次和分得到速度，速度再经过对时间的一次积分即可得到距离。

惯性导航系统有如下主要优点.(1)由于它是不依赖于任何外部信息.也不向外部辐射能量的自主式系统.故隐蔽性好，也不受外界电磁干扰的影响;(2)可全天流全球、全时间地工作于空中、地球表面乃至水下.(3)能提供位置、速度、航向和姿态角数据，所产生的导航信息连续性好而且噪声低.(4)数据更新率高、短期精度和稳定性好.其缺点是.(1)由于导航信息经过积分而产生，定位误差随时间而增大，长期精度差;(2)每次使用之前需要较长的初始对准时间;(3)设备的价格较昂贵;(4)不能给出时间信息但惯导有固定的漂移率，这样会造成物体运动的误差，因此射程远的武器通常会采用指令、GPS等对惯导进行定时修正，以获取持续准确的位置参数。

惯导系统目前已经发展出挠性惯导、光纤惯导、激光惯导、微固态惯性仪表等多种方式。

陀螺仪由传统的绕线陀螺发展到静电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺、微机械陀螺等。

激光陀螺测量动态范围宽，线性度好，性能稳定，具有良好的温度稳定性和重复性，在高精度的应用领域中一直占据着主导位置。

由于科技进步，成本较低的光纤陀螺(FOG)和微机械陀螺(MEMS)精度越来越高，是未来陀螺技术发展的方向。

进动仪原理进动仪（Gyroscope）是一种能够测量和维持方向的仪器，它在航空、航海、导航和惯性导航系统中起着至关重要的作用。

进动仪的原理是基于刚体运动的角动量守恒定律，通过旋转惯性来实现方向的稳定和测量。

本文将介绍进动仪的原理，以及其在实际应用中的重要性。

进动仪的原理基于刚体的角动量守恒定律。

当一个刚体受到外力作用时，它会产生角加速度，从而改变自身的角动量。

而在没有外力作用的情况下，刚体的角动量是守恒的。

进动仪利用这一原理，通过旋转惯性来实现方向的稳定和测量。

进动仪通常由陀螺仪和加速度计两部分组成。

陀螺仪是测量角速度的装置，它利用旋转惯性来实现方向的稳定和测量。

当进动仪所在的平台发生旋转时，陀螺仪会产生相应的输出信号，从而实现对旋转角速度的测量。

而加速度计则是用来测量加速度的装置，它可以通过重力加速度来确定地球的方向，从而实现对方向的稳定和测量。

进动仪在航空、航海、导航和惯性导航系统中起着至关重要的作用。

在飞行器中，进动仪可以实现对飞行器的姿态稳定和导航控制，从而确保飞行器的飞行安全和准确性。

在航海中，进动仪可以实现对船舶的航向稳定和导航控制，从而确保船舶的航行安全和准确性。

在导航系统中，进动仪可以实现对导航设备的方向稳定和测量，从而确保导航系统的准确性和可靠性。

在惯性导航系统中，进动仪可以实现对惯性导航系统的姿态稳定和导航控制，从而确保惯性导航系统的导航精度和可靠性。

总之，进动仪是一种能够测量和维持方向的重要仪器，它的原理是基于刚体运动的角动量守恒定律，通过旋转惯性来实现方向的稳定和测量。

进动仪在航空、航海、导航和惯性导航系统中起着至关重要的作用，它可以实现对飞行器、船舶、导航设备和惯性导航系统的方向稳定和测量，从而确保它们的安全性和准确性。

进动仪的原理和应用对于提高航空、航海、导航和惯性导航系统的性能和可靠性具有重要意义。