當從機械角度近似分析陀螺的運動時,可以將其視為剛體。剛體上有一個定向支點,陀螺儀可以圍繞這個支點進行三個自由度的旋轉,所以陀螺的運動是一個圍繞一個固定點運動的剛體。更準確地說,圍繞對稱軸高速旋轉的飛輪轉子稱為陀螺儀。陀螺儀安裝在取景器上,使陀螺儀的旋轉軸具有角度旋轉的自由度。該設備的整體稱為陀螺儀。
陀螺儀傳感器的基本組成部分有:
(1)陀螺轉子(常采用同步電機、磁滯電機、三相交流電機等,使陀螺轉子繞旋轉軸高速旋轉,其轉速近似恒定);
?。?)內外框架(或內外圈,是使陀螺的旋轉軸獲得所需的角旋轉自由度的結構);
(3)附件(指力矩電機、信號傳感器等)。
陀螺儀傳感器的兩個重要特性:
陀螺儀有兩個非常重要的基本特性:一是固定軸,二是進動。這兩個特性都是基于角動量守恒原理。
固定軸:
當陀螺轉子高速旋轉時,在沒有任何外力矩作用于陀螺的情況下,陀螺在慣性空間中的旋轉軸方向保持穩(wěn)定,即指向一個固定的方向;同時,它抵抗轉子軸的任何變化的力量。這種物理現象稱為陀螺儀的定軸或穩(wěn)定性。
其穩(wěn)定性隨下列物理量而變化:
(1)轉子的轉動慣量越大,穩(wěn)定性越好;
(2)轉子角速度越大,穩(wěn)定性越好。
所謂轉動慣量是描述剛體轉動慣性的物理量。當相同的力矩作用于繞固定軸旋轉的兩個不同剛體時,它們得到的角速度一般是不同的。轉動慣量大的剛體獲得的角速度小,即保持原來轉動狀態(tài)的慣性。反之,轉動慣量小的剛體的角速度就大,即原來轉動狀態(tài)的慣性小。
當轉子高速旋轉時,如果外圈軸有外力矩作用,陀螺儀會繞內圈軸旋轉;如果外部扭矩作用于內圈軸,陀螺儀將圍繞外圈軸旋轉。旋轉角速度的方向和外力矩的方向相互垂直。這種特性稱為陀螺儀的進動。
影響歲差大小的三個因素:
(1)外力越大,進動角速度越大;
(2)轉子的轉動慣量越大,進動角速度越小;
(3)轉子角速度越大,進動角速度越小。