陀螺仪基于角动量守恒原理工作。简单来说,一个旋转的物体,只要不受外力矩作用,其角动量矢量方向就保持不变。
常见的传统机械陀螺仪,内部有一个高速旋转的转子。转子高速旋转时,具有较大的角动量。当陀螺仪的基座发生转动时,由于角动量守恒,转子的旋转轴方向会保持相对稳定,这样就能通过检测基座与转子旋转轴之间的角度变化,来测量物体的姿态、角速度等参数。
而现代的微机电系统(MEMS)陀螺仪,利用科里奥利力工作。在硅基芯片上,通过微加工技术制造出振动结构。当器件随物体一起转动时,振动的质量块会受到科里奥利力的作用,产生与转动角速度相关的垂直于振动方向的力,这个力会使质量块产生微小位移,通过检测位移变化,就能计算出物体的转动角速度,进而获取姿态信息。
陀螺仪在航空航天、航海导航、手机、无人机等众多领域都有广泛应用,为这些领域的精确控制和稳定运行提供了关键支持 。
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