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標(biāo)題: 什么是陀螺儀？為什么手機(jī)離不開它？ [打印本頁]

作者: twq19810302 時(shí)間: 2022-10-10 10:15
標(biāo)題: 什么是陀螺儀？為什么手機(jī)離不開它？
本帖最后由 twq19810302 于 2022-10-10 10:16 編輯

將一個(gè)陀螺放置在桌面上，它會(huì)向一個(gè)方向傾倒，但如果將其旋轉(zhuǎn)起來，它便能夠穩(wěn)穩(wěn)地立在桌子上，只要旋轉(zhuǎn)不止，它就不會(huì)傾倒。

一個(gè)旋轉(zhuǎn)著的陀螺的穩(wěn)定性與這個(gè)陀螺的轉(zhuǎn)速有著直接的關(guān)系，轉(zhuǎn)速越快，陀螺就越穩(wěn)。這是因?yàn)樾D(zhuǎn)著的物體都有一個(gè)轉(zhuǎn)軸，這個(gè)轉(zhuǎn)軸的方向是不容易輕易改變的，這是由旋轉(zhuǎn)物體的特性所決定的，轉(zhuǎn)動(dòng)速度越快，轉(zhuǎn)軸的方向便越難以改變。所以當(dāng)我們?yōu)橐粋€(gè)旋轉(zhuǎn)的陀螺提供一個(gè)支點(diǎn)，那么這個(gè)陀螺便會(huì)豎直地在支點(diǎn)上轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸始終指向上方，但是如果我們將旋轉(zhuǎn)的陀螺以一定的傾斜角度放置在這個(gè)支點(diǎn)上，它就會(huì)保持原有的傾斜角度在支點(diǎn)上轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)陀螺本身還會(huì)圍繞支點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)陀螺的特性，人類設(shè)計(jì)出了另一個(gè)東西，那就是陀螺儀。

陀螺儀從外表看起來與陀螺很是類似，而實(shí)際上它也就是將一個(gè)旋轉(zhuǎn)著的陀螺安裝在了一個(gè)萬向支架上。由于轉(zhuǎn)動(dòng)著的陀螺的轉(zhuǎn)軸方向很難改變，所以不論我們?nèi)绾无D(zhuǎn)動(dòng)萬向支架，中心的陀螺都能夠始終保持穩(wěn)定，而不出現(xiàn)方向上的改變。這看起來似乎很是奇妙，但我們的古人其實(shí)早就制造出了類似的東西。如果你喜歡看一些古裝宮斗劇就會(huì)發(fā)現(xiàn)，里面的妃嬪在冬天的時(shí)候總是掛著一個(gè)球形的鏤空暖爐，里面裝有炭火，這些炭火為什么不會(huì)傾瀉出來將人燙傷呢？

古代暖爐中的炭火之所以不會(huì)傾瀉出來，就是因?yàn)檫@個(gè)暖爐的結(jié)構(gòu)就是一個(gè)萬向支架，支架的中心裝有炭盆，無論外部的結(jié)構(gòu)如何晃動(dòng)，里面的炭盆都能夠保持穩(wěn)定，所以炭火不會(huì)掉出。

我們所說的陀螺儀其實(shí)就是把球形暖爐中間的炭盆換成了陀螺。那么陀螺儀有什么用呢？它的作用就是測量物體的姿態(tài)。因?yàn)橥勇輧x中心的陀螺方向不會(huì)發(fā)生變化，所以當(dāng)我們將一個(gè)陀螺儀安置在一個(gè)物體之中時(shí)，只需要測定陀螺儀外部支架與陀螺之間各個(gè)方向的角度，就可以測定一個(gè)物體的具體姿態(tài)了。在日常生活中，很多東西都需要用到陀螺儀，下到航海，上到航天，當(dāng)然還有我們的手機(jī)。

陀螺儀是智能手機(jī)不可或缺的一個(gè)重要部件，沒有陀螺儀，那么智能手機(jī)的多數(shù)功能基本無法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楹芏喙δ芏夹枰_了解手機(jī)的具體姿態(tài)。

雖說手機(jī)少不了陀螺儀，但怎么看，我們的手機(jī)里都不像是裝備了這個(gè)東西，因?yàn)槭謾C(jī)內(nèi)部的空間實(shí)在是有限，似乎沒有安裝這個(gè)東西的地方。事實(shí)上如果我們將手機(jī)拆開，確實(shí)也看不到陀螺儀，這是怎么回事呢？手機(jī)中的確安裝有陀螺儀，但是手機(jī)中的陀螺儀與剛才我們所講的陀螺儀并不相同，它雖然也叫做陀螺儀，但與陀螺就沒有什么關(guān)系了，從外觀上來看，它就是一個(gè)邊長只有幾毫米的黑色小方塊。

這個(gè)黑色的小方塊有著一個(gè)名字，叫做“微機(jī)電陀螺儀”。

微機(jī)電陀螺儀雖然也叫陀螺儀，但無論是外在還是內(nèi)在，都與陀螺沒有什么關(guān)系，它之所以能夠測定物體的姿態(tài)，是利用了科里奧利力?？评飱W利力是由法國氣象學(xué)家科里奧利所提出的，簡言之就是在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)里，如果有一個(gè)直線移動(dòng)的物體，那么就會(huì)受到這個(gè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的影響，移動(dòng)路線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，變?yōu)橐粭l曲線。地球在自轉(zhuǎn)，所以地球就是這樣一個(gè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，由于地球自西向東旋轉(zhuǎn)，所以在北半球，不論從哪個(gè)方向吹來的風(fēng)，都會(huì)向右偏轉(zhuǎn)，而在南半球則恰好相反，風(fēng)會(huì)向左偏。

明白了科里奧利力，就可以來說說微機(jī)電陀螺儀了。

微機(jī)電陀螺儀內(nèi)的主體就是一個(gè)質(zhì)量塊，這個(gè)質(zhì)量塊會(huì)在交替變化的電壓作用下做來回振蕩運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)本質(zhì)上就是一種直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)陀螺儀開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，受科里奧利力的影響，這個(gè)水平振蕩的陀螺儀就會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，也就是說此時(shí)它不僅有水平運(yùn)動(dòng)，還有垂直運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)方式的改變會(huì)使電容值發(fā)生微小的變化，而通過感知這種微小的變化就可以了解物體姿態(tài)的變化。當(dāng)然，單個(gè)微機(jī)電陀螺儀只能感知一個(gè)方向上的姿態(tài)變化，但在手機(jī)中裝上兩三個(gè)，就能夠全方位準(zhǔn)確識(shí)別手機(jī)的姿態(tài)，畢竟這個(gè)東西很小，也不占什么地方。

作者: whb863 時(shí)間: 2022-10-10 10:54
學(xué)習(xí)了

作者: hitiger 時(shí)間: 2022-10-10 12:13
不錯(cuò)

作者: 攻城獅老李 時(shí)間: 2022-10-10 13:54
感謝科普

作者: wxagzx 時(shí)間: 2022-10-11 14:26
學(xué)習(xí)啦1

作者: 鈑金準(zhǔn)專家 時(shí)間: 2022-10-14 13:31
學(xué)習(xí)了

作者: 馬未肥 時(shí)間: 2022-10-28 20:10
學(xué)習(xí)了

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