陀螺仪表

陀螺仪的作用

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。

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。大意是可以通过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，用手机摄像头对准它，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。

它的原理

陀螺仪原理是指陀螺仪工作的原理，螺旋仪是一种用来传感与维持方向的装置，基于角动量守恒的理论设计出来的。陀螺仪主要是由一个位于轴心且可旋转的转子构成。 陀螺仪一旦开始旋转，由于转子的角动量，陀螺仪有抗拒方向改变的趋向。

陀螺仪多用于导航、定位等系统常用实例如手机GPS定位导航、卫星三轴陀螺仪定位。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。

教学内容：抽陀螺

教学目标：

知识与技能：使学生学习和掌握陀螺的基本知识、抽陀螺的基本技术和战术。

过程与方法：让学生经历抽陀螺的过程，培养学生的动脑思考、动手操作的能力，达到段炼身体的作用。

情感态度价值观：了解瓦乡人的民俗习惯与文化内涵，将瓦乡文化内涵融入民族传统体育之中。

教学重点：抽陀螺玩法

教学难点：控制陀螺的旋转、方向

教学准备：每人一个陀螺，一个鞭子

教学过程：

一、介绍瓦乡人的体育游戏

1、认识陀螺

抽陀螺是一种古老的中国游戏活动，用鞭子连续抽击一圆锥物体，使之在平滑地面上旋转，它的历史久远，据《帝京景物略》一书记载，此游戏从明代就已经流行，山西夏县西阴村仰韶文化遗址（距今红五六千年）中曾出土陶制小陀螺。

2、认识陀螺的构造特点、种类。

传统陀螺是一漏斗样的上圆下尖的一个锥形体，种类很多，有陶制、木制、竹制、石制多种。常见的是木制的，在尖头上安有一个小钢珠。

二、教师介绍抽陀螺的方法

基本技术

（1）准备姿势：稍蹲、半蹲

（2）缠线技术

（3）持陀的动作方法

（4）抽陀螺：手持鞭抽打陀螺中上部

演示教学：注意如何放螺、转陀螺、抽陀螺

三、学生玩陀螺

组织：散点站立

教法：生自由玩，师指导。

要求：散开进行，注意安全。（抽陀螺要选择开阔、平坦的地方，禁止在人群多的地方活动。抽陀螺时要保持好距离，防止鞭子伤到人。）

四、交流汇报

1、你都是怎么玩的，展示给大家看。

2、大家评选出玩的最好的，展示。

3、你还能怎么玩？（几个人玩同一个陀螺；一个人同时玩几个陀螺……）

五、游戏抽陀螺

1、比一比，看谁玩的时间最长；

2、看谁的陀螺玩得最有意思；

3、老师介绍一种玩法：对战游戏

（1）1对1 （2）2对2 （3）混合

提高学生基本技术和基本战术的应用能力

四、舒缓身心

1、说说本节课的收获；

2、师小结

陀螺仪介绍三种型号

产品一：全自动积分式陀螺经纬仪(全站仪)

该产品采用积分法测量原理，在测量中除架设和瞄准外，整个过程无需任何人工操作，测量结束后，直接显示真北方位角。实现了测量全过程的自动限幅、自动锁放、自主寻北。该种型号的陀螺经纬仪（全站仪）在寻北精度及操作性方面在国内处于领先地位，可应用于高精度基准方位边的建立及火炮、雷达、大地测量、工程测量和矿山贯通测量等领域。

技术指标

寻北精度：≤ 5″（1σ）

寻北时间：≤12 min

工作模式：寻北全自动

工作温度：－20 ℃～＋50 ℃

使用纬度：75°S～75°N

主机重量（不含经纬仪）：≤15kg

主机体积（不含经纬仪）：φ230mm（最大直径）×430mm（高）产品特性

积分法测量原理，可实现高精度寻北

采用直流永磁陀螺电机，降低陀螺敏感部温升，设备稳定性好

在较大偏北角(± 10°)条件下，自动完成粗寻北及精寻北过程，操作简单

陀螺敏感部上锁、解锁全自动，仪器自动化程度高

陀螺敏感部采用下挂式摆式陀螺，便于操作

多层磁屏机构，屏蔽外部磁场，设备抗干扰能力强

产品二：全自动阻尼式陀螺经纬仪(全站仪)

该产品采用阻尼跟踪法测量原理，自动跟踪、自动锁放，整个测量过程中吊带不受扭，能够在较大偏北角条件下自动完成粗寻北及精寻北过程。测量结束后，在陀螺经仪（全站仪）上直读真北方位角。该种型号的陀螺经纬仪（全站仪）寻北速度快、体积小、环境适应性强。可为火炮、雷达提供初始方位基准，并可应用于大地测量、工程测量和矿山贯通测量等领域。

技术指标

寻北精度：≤ 15″（1σ）（初始架设角≤± 15°)

寻北精度：≤ 10″（1σ）（初始架设角≤± 7°)

寻北时间: ≤ 5min

工作模式: 寻北全自动

工作温度: －40 ℃～＋50 ℃

使用纬度: 75°S～75°N

主机重量（不含经纬仪）: ≤ 13 kg

主机体积（不含经纬仪）: φ200mm（最大直径）×450mm（高）产品特性

陀螺仪工作原理

地球以角速度E(E=1周/昼夜=7.25×10-5rad/s)绕其自转轴旋转，故地球上的一切东西都随着地球转动。如从宇宙空间来看地轴北端，地球是在作逆时针方向旋转，其旋转角速度的矢量E沿其自转轴指向北端。

当陀螺仪在北纬某地设站，其主轴无论是方位角（相对子午线）和高度角（相对水平面）都不停地发生变化。由此可见，陀螺仪主轴在地球上的视运动，不仅与纬度有关，还与主轴与子午面及水平面之间的夹角有关。

（1）重力矩PM sinplMP

重力矩进动角速度p:Hplp/sin

l-陀螺悬挂点O至重心O´之间的长度

P-陀螺灵敏部的重量

β-陀螺主轴与地平面之间的夹角（高度角）

H-陀螺转子的动量矩（角动量）重力矩进动角速度p。

综合前面所述，摆式陀螺仪围绕子午面左右摆动是重力矩和指向力矩综合作用的结果。随着地球自转，陀螺仪主轴X的高度角发生变化形成重力矩，使陀螺仪产生进动效应。而地球的自转又使陀螺产生指向力矩，使陀螺仪的进动围绕子午面进行。当陀螺仪主轴X越接近子午面，指向力矩越小，当X轴指向子午面（即α为零时），则指向力矩为零，但此时陀螺仪因惯性的作用以最快的速度通过子午面。当陀螺仪主轴X远离子午面时，相反方向的指向力矩使陀螺仪的进动速度慢慢降低，直至达到平衡点而停止。然后，在指向力矩的作用下，陀螺仪主轴X又向子午面方向运行，周而复始，使陀螺仪围绕子午面（真北方向）做摆式运动，实现了真北定向的目的。