1 基本概念 陀螺仪（ gyroscope）的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是 不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。我们骑自行车 其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒，因为车轴有一股保持水平的力量。陀螺仪 在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。 然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。在现实生活中，陀螺仪 发生的进动是在重力力矩的作用下发生的。 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。 2 陀螺发展历史 1850年法国的物理学家莱昂傅科（ J.Foucault）为了研究地球自转，首先发现高速转动中的转 子（ rotor），由于惯性作用它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字 gyro（旋转）和skopein （看）两字合为gyro scopei 一字来命名这种仪表。 18世纪欧拉建立的动力学方程和欧拉运动学方程，为陀螺运动的理论奠定了基础。但是制造 出一个实用的陀螺却经历了长时间的探索。19世纪中期，随着钢制外壳船舶的出现，原来所用的 磁罗盘不再适用，因而用陀螺导航的要求日益迫切。在第一次世界大战中，美国海军制成了陀螺 导航仪，并很快被其他国家所采用。随着航海和航空事业的发展，陀螺仪已成为不可缺少的精密 导航仪器。20世纪初出现了飞机的陀螺稳定器和自动驾驶仪。但直到1940年后，陀螺罗盘才完全 代替了磁罗盘，1950年出现了惯性导航系统。 不论制造得多么精密的陀螺，要完全消除轴承的摩擦力并使质心和支点重合是不可能的，因 而就会产生外加干扰力矩的作用，引起陀螺转子自转轴的缓慢进动，称为陀螺漂移。这时的进动 角速度称为漂移角速度。陀螺漂移角速度的大小是衡量陀螺精度高低的标志。为最大限度地减少 漂移，近代陀螺的研究课题主要是如何实现无干扰力矩的支承。主要途径是用电场力来代替支架， 实现无支承悬浮。如果转子是个标准的球形，则电场力通过其中心，从而实现无摩擦的悬浮。另刚体陀螺实验系统 GT300-3DT-ED 上海紫航电子科技有限公司 Tel：54170805 Fax：54170905 共 7 页 / 第 2 页 一个途径是用磁场力来实现转子的悬浮，但要求转子必须是用超导体制造的，才能使磁力线垂直 于球形转子的表面且不穿透它的表面。这就是近代电陀螺和磁陀螺的基本设想。 3 刚体陀螺仪结构 从力学的观点近似的分析陀螺的运动时，可以把它看成是一个刚体，刚体上有一个万向支点， 而陀螺可以绕着这个支点作三个自由度的转动，所以陀螺的运动是属于刚体绕一个定点的转动运 动。更确切地说，一个绕对称轴高速旋转的飞轮转子叫陀螺。将陀螺安装在框架装置上，使陀螺 的自转轴有角转动的自由度，这种装置的总体叫做陀螺仪。 图1 陀螺仪结构 陀螺仪的基本部件有： 1) 陀螺转子(常采用同步电机、磁滞电机、三相交流电机等拖动方法来使陀螺转子绕自转轴 高速旋转，并见其转速近似为常值)； 2) 内、外框架(或称内、外环，它是使陀螺自转轴获得所需角转动自由度的结构)； 3) 附件(是指力矩马达、信号传感器、控制器等)。 4 陀螺仪工作原理 陀螺仪，是一个圆形的中轴的结合体。而事实上，静止与运动的陀螺仪本身并无区别，如果 静止的陀螺仪本身绝对平衡的话，抛除外在因素陀螺仪是可以不依靠旋转便能立定的。而如果陀 螺仪本身尺寸不平衡的话，在静止下就会造成陀螺仪模型倾斜跌倒，因此不均衡的陀螺仪必然依 靠旋转来维持平衡。刚体陀螺实验系统 GT300-3DT-ED 上海紫航电子科技有限公司 Tel：54170805 Fax：54170905 共 7 页 / 第 3 页 陀螺仪本身与引力有关，因为引力的影响，不均衡的陀螺仪，重的一端将向下运行，而轻的 一端向上。在引力场中，重物下降的速度是需要时间的，物体坠落的速度远远慢于陀螺仪本身旋 转的速度时，将导致陀螺仪偏重点，在旋转中不断的改变陀螺仪自身的平衡，并形成一个向上旋 转的速度方向。当然，如果陀螺仪偏重点太大，陀螺仪自身的左右互作用力也将失效！。 而在旋转中，陀螺仪如果遇到外力导致，陀螺仪转轮某点受力。陀螺仪会立刻倾斜，而陀螺 仪受力点的势能如果低于陀螺仪旋转时速，这时受力点，会因为陀螺仪倾斜，在旋转的推动下， 陀螺仪受力点将从斜下角，滑向斜上角。而在向斜上角运行时，陀螺仪受力点的势能还在向下运 行。这就导致陀螺仪到达斜上角时，受力点的剩余势能将会将在位于斜上角时，势能向下推动。 而与受力点相反的直径另一端，同样具备了相应的势能，这个势能与受力点运动方向相反， 受力点向下，而它向上，且管这个点叫“联动受力点”。当联动受力点旋转180度，从斜上角到达 斜下角，这时联动受力点，将陀螺仪向上拉动。在受力点与联动受力互作用力下，陀螺仪回归平 衡。 5 实验原理 陀螺仪被用在飞机飞行仪表的心脏地位，是由于它的两个基本特性：一为定轴性（ inertia or rigidity），另一是进动性（ precession），这两种特性都是建立在角动量守恒的原则下。 5.1 定轴性 当三自由度陀螺转子高速旋转后，若不受外力矩的作用，不管基座如何转动，支撑在万向支 架上的 陀螺仪自转轴指向惯性空间的方位不变，这种特性叫“定轴性”。如果我们以地球为基准， 则可以认为三自由度陀螺相对于地球运动，这种运动称为陀螺的假视运动或视在运动。视在运动 是陀螺稳定性的表现。 其惯性随以下的物理量而改变： 1）转子质量愈大，转动惯量I愈大； 2）转子旋转半径愈大，转动惯量I愈大； 3）转子旋转速度愈高，转动惯量I愈大； 5.2 进动性刚体陀螺实验系统 GT300-3DT-ED 上海紫航电子科技有限公司 Tel：54170805 Fax：54170905 共 7 页 / 第 4 页 在运转中的陀螺仪，如果外界施一作用或力矩在转子旋转轴上，则旋转轴并不沿施力方向运 动，而是顺着转子旋转向前90度垂直施力方向运动，此现象即是进动性。 进动性的大小也有三个影响的因素： 1）外界作用力愈大，其进动性也愈大； 2）转子的质量惯性矩（moment of inertia）愈大，进动性愈小； 3）转子的角速度愈大，进动性愈小； 而进动方向可根据进动性原理取决于施力方向及转子旋转方向。 6 实验系统性能 1）刚体陀螺仪  尺寸：200*200*200mm  重量: 1.6Kg 2）转子电机：直流无刷电机（双电机结构）； 3）电机转速：0~6000r/min（可调）； 4）电源  电压：DC +12V  电流：3A 7 实验系统特点 1）采用三自由度刚体陀螺结构，可进行完善的陀螺实验及演示；刚体陀螺实验系统 GT300-3DT-ED 上海紫航电子科技有限公司 Tel：54170805 Fax：54170905 共 7 页 / 第 5 页 2）转子电机采用高速无刷电机，转速平稳，寿命长； 3）转子采用双电机结构，保障了转子的对称性，并加大了转子驱动力矩，启动速度快； 4）配置有专用控制器，可以完成转子转速控制，方便实验； 8 实验操作 将刚体陀螺仪器平放在桌面上，仪器周转保留一定空间。 1）接通电源，打开开关； 2）设置转子转速：大、中、小； 3）启动陀螺，观察陀螺转子转速是否已经稳定； 4）定轴性实验 当三自由度陀螺转子高速旋转后，若不受外力矩的作用，不管基座如何转动，支撑在万向支 架上的陀螺仪自转轴指向惯性空间的方位不变，这种特性叫“定轴性”。 当陀螺转子高速旋转稳定后，手持基座分别绕刚体陀螺三个轴转动，观测刚体陀螺仪转子轴 的指向的变化。 分别改变转子转速大中小，观测陀螺转子轴的变化。 5）进动性实验 进动性是三自由度陀螺仪的一个基本特性。陀螺仪绕着与外力矩矢量相垂直的方向的转动， 叫做进动，其转动角速度叫做进动角速度。 进动角速度的方向取决于转子动量矩H和外力矩M的方向。外加力矩沿陀螺自转方向转动 90°即为进动角速度( )矢量方向。或者用右手定则记忆：从动量矩H沿最短路径握向外力矩M的 右手旋进方向，即为进动角速度方向。 通过控制器可改变转子飞轮正反转、转速，从而控制动量矩H的方向和大小，通过内框两侧 不同一侧加挂已知重量砝码，改变外力矩M的大小和方向，动量矩H为转子转动惯量和转速的乘 积，方向符合右手定则 进动角速度计算公式：ω=M/H sinθ 当θ=90°时，sinθ=1，所以 ω=M/H =M/Iωr 6）关闭电源，断开开关；刚体陀螺实验系统 GT300-3DT-ED 上海紫航电子科技有限公司 Tel：54170805 Fax：54170905 共 7 页 / 第 6 页 7）撤收仪器设备。 9 适用课程 惯性传感器原理、惯性导航原理、导航制导与控制、飞行控制原理、无人机实训实验、基础 力学、刚体力学、陀螺力学、理论力学、新型传感器原理及应用等。 10 注意事项 1）陀螺飞轮高速旋转时，不可用手触摸或试图阻止其转转； 2）实验系统工作时，尤其是陀螺转子处于高速旋状态下，必须有人在场； 3）刚体陀螺仪属于精密机械结构，操作中应当轻拿轻放，以免损坏设备。

本项目属光、机、电、材一体化技术领域，具有多学科综合的特点。半导体激光器具有效率高、体积小、重量轻、结构简单、能将电能直接转换为激光能、功率转换效率高、便于直接调制、省电等优点，因此应用领域日益扩大。半导体激光技术已成为一种具有巨大吸引力的新兴技术并在工业中得到了广泛的应用。高功率半导体泵浦激光器是半导体激光技术中最具发展潜力的领域之一。 半导体激光器最大的缺点是激光性能受温度影响大，光束的发散角较大。封装成本占半导体激光器组件成本的一半，封装技术不仅直接影响泵浦激光器组件的可靠性，而且直接关系到泵浦激光器芯片的性能能否充分发挥。本项目对非致冷高功率980nm泵浦激光器的封装技术进行了研究，整个封装技术涉及光学、电学、热学、机械等，精度达微米数量级。通过采用激光器芯片的倒装贴片技术，小型化、全金属化无胶封装技术，最终满足了光纤放大器对泵浦激光器小体积、高功率、低成本、高可靠性的要求。光耦合则采用透镜光纤直接耦合，最大限度地减小耦合系统的元件数和相关损耗，提高了光路可靠性和易操作性。采用双光纤光栅波长锁定技术，提高了非致冷高功率980nm泵浦激光器的边模抑制比和波长稳定性。项目组通过采用这些技术，最终解决了一系列非致冷高功率980nm泵浦激光器封装关键技术。 经国家光学仪器质量监督检测中心测试，非致冷高功率980nm泵浦激光器主要技术指标如下：    1. 管壳尺寸：12.7(mm)×7.4(mm)×5.2 (mm)    2. 工作温度：0-70℃    3. 中心波长：980nm    4. 谱 宽：1nm    5. 阈值电流：24mA    6. 输出功率：240mW    7. 功 耗：小于1W 本项目的研究成果，通过与相关企业开展产学研合作，经过近五年的技术研发和不断改进，非致冷高功率980nm泵浦激光器封装关键技术研究成果已成功应用于相关产品的批量生产，为企业创造了较好的经济效益。在社会效益方面，填补了我国非致冷高功率半导体泵浦激光器方面的不足，对行业技术进步和产业结构优化升级起到了积极的推动作用。 耦合封装是对精度要求非常高的一系列工艺过程，这注定它很难实现自动化技术。因此，小型化泵浦激光器封装技术的研究成果，特别适合在中国这样人力成本低且技术基础好的环境。通过对小型化980nm泵浦激光器封装技术的研究，实现了封装技术的源头性创新，有助于向其他半导体泵浦激光器和光电器件的耦合封装拓展。该技术在光电子器件的应用方面具有广阔的市场潜力和广泛的推广应用前景，将成为形成光电子器件封装技术产业的重要技术支撑。

本实用新型公开了一种一体化高转速斜盘旋转式电机泵。包括电机泵壳体和集成地安装在电机泵壳体中的五相容错永磁无刷直流电机和斜盘，电机泵壳体为由大、小端壳体相连的结构，大端壳体端面安装有端盖，并通过密封圈进行密封，小端壳体端面安装有后泵体；大、小端壳体内的大、小端腔连接相通，分别装有五相容错永磁无刷直流电机和斜盘机构，电机与斜盘机构同轴连接，斜盘旋转带动一端伸入到后泵体中的配流轴同步旋转。本实用新型将斜盘旋转式轴向柱塞泵和五相容错永磁无刷直流电机沿轴向串接并集成在同一壳体内，大大降低了径向尺寸，减小了转动惯量，提高了动态响应速度；可靠性及容错能力强，进一步增大了功率密度，更易和液压缸进行集成。

本发明公开了一种微型旋转机械泵的叶轮固定结构及固定方法，主要应用于诸如微型的旋转机械泵及其它微型轴端固定场合，其结构主要包括：叶轮、电机轴、填充料。叶轮包括叶片和轮毂并固定在电机轴端，叶轮轮毂一端开设有填料阶梯孔，电机轴插入叶轮轮毂一侧的轴段开设有槽道，槽道的开设方向与轴向垂直。电机轴穿过叶轮轮毂后，电机轴槽道完全处于轮毂一端的填料阶梯孔内，填充料填充并固化在填料阶梯孔与槽道合围的空间内，从而形成轮毂-电机轴咬合结构，最终实现小空间内叶轮固定于电机轴上的目的。轮毂-电机轴咬合工艺结构相比单纯的轮毂-电机轴粘接工艺拥有更高的固定强度。

本发明公开了一种基于激光冲击波力学效应的无阀微泵，该微泵包括泵体、流体入口、流体出口和牺牲层元件，其中泵体包括泵膜、泵腔以及扩张管和收缩管，所述扩张管和收缩管分别呈锥形管结构，所述牺牲层元件设置在泵腔上部泵膜处并由对激光辐射敏感的材料制成。当牺牲层表面受到激光辐射时，其吸收激光能量并瞬间气化，发生膨胀并产生等离子体爆炸气团以对泵膜起到冲击波的作用，相应使得泵腔体积交替改变由此执行流体的输送操作。本发明还公开了相应的制造方法。通过本发明，能够通过对微泵结构上的设计，有效利用激光冲击波力学效应来实现泵送

项目简介 为了提高泵内导叶体的效率及稳定性，本成果基于流体动力学理论，打破传统的叶 片沿圆周方向均匀布置方式，提出了一种叶片沿圆周方向非对称布置的导叶体及设计方 法。属国内首创项目。该成果经计算流体动力学计算验证，并申请了专利，专利号： 201320001584.5。 性能指标 根据导叶体出口过流断面上流体沿水泵旋转方向流量增加这一特性，通过逐渐增加 叶片之间的角度，重构每一流道的过流能力，

本发明公开了一种多级电位补偿装置及失超检测装置，包括感 应线圈、补偿线圈，位于补偿线圈两端的接线柱以及位于补偿线圈上 的多个分接头；分接头可沿着补偿线圈的表面滑动，在补偿线圈的表 面与分接头接触的部分可导电；感应线圈通过接线柱与补偿线圈并联 连接；感应线圈与超导磁体同心放置，用于感应超导磁体中的感应电压；补偿线圈将感应电压通过多个分接头分配并调节大小，实现对超 导磁体感应电压的补偿。本发明可以消除超导磁体中感应电压在失超 检测过程中对电压信号检测的影响，避免失超保护装置的误判；同时 该装置制作安装简

主要技术内容： （1）破传统喷雾泵生产设备机械结构设计，采用凸轨、凸轮机构，创新性研制了高精度、高效率的喷雾泵电化铝壳抓口机、喷头打喷咀机等系列装配设备，提高了设备的装配精度和效率。提出集成基于等价输入干扰估计器与参数智能辨识的智能驱动控制技术，成功解决了微型喷雾泵现场设备层不确定干扰、电机参数的时变性对装备电机控制性能影响问题，提高了生产装备控制的精度及可靠性。 （2）集成 RFID 与 WSN，构建微型喷雾泵生产过程信息采集网络，创新性地引入混沌粒子群优化算法，优化采集网络节点部署；动态选择通信节点数目，在获得最大网络覆盖范围的同时，避免节点间的冲突，降低网络能耗，保证了生产过程数据采集与传输的实时性和可靠性。 （3）创新性提出并实现了微型喷雾泵制造过程多目标资源优化调度技术。建立生产车间多目标资源优化调度模型，提出基于种群年龄模型的动态粒子数微粒群优化算法来求解优化问题，并采用层次分析法进行决策，成功实现了微型喷雾泵生产全流程的精益管控，全面提高了生产质量与资源效率。 （4）创新性研发了一种面向制造全过程的信息集成平台。将生产过程信息、管理信息等数据高度融合，实现底层物联网到互联网的无缝连接；解决了常规DCS、MES、ERP 三层架构存在的数据交换困难、系统庞大、功能定制性差、难以适用于中小型制造业等缺点，为微型喷雾泵制造装备的自动化和信息化融合提供了解决方案。 行业意义： 项目通过攻克微型喷雾泵生产装备的自动化与信息化技术融合的关键技术，突破国外先进技术的壁垒，形成了自主知识产权与技术体系，项目成果提升了微型喷雾泵加工装备的自动化、信息化水平，符合国家可持续发展战略的绿色制造技术，可带动和促进化妆品、保健品等领域向高档化的高层次技术方向发展。 获奖情况：2015 年获中国轻工业联合会科学技术进步奖一等奖。 成果的技术指标、创新性与先进性： （1）引入凸轮、凸轨等机构，并结合等价输入干扰估计器、智能辨识等方法设计控制策略，从机械和控制两方面进行突破，自动化程度和生产效率高。 （2）集成 RFID 与 WSN，采用混沌粒子群优化算法优化网络节点，动态选择通信节点数目，降低网络能耗，生产过程数据采集与传输的实时性和可靠性高。 （3）建立以缩短生产周期、减少机器空转时间、降低产品次品率为等为目标，采用种群年龄模型的动态粒子数微粒群优化算法求解生产过程优化调度问题，采用层次分析法进行决策，实现微型喷雾泵生产全流程精益管控。 （4）采用完全不同于传统 DCS、MES、ERP 三层架构的模式，直接面向生产、管理全过程，开发信息集成平台，自动化和信息化融合度高、适用于中小型制造业。 技术的成熟度：相关技术已经形成产品，在无锡圣马科技有限公司及其下游企业进行了产业化。 应用情况： 针对微型喷雾泵加工装备产业当前普遍存在材料消耗大、能耗高、可靠性差、加工效率低、品种适应性差等问题，本项目以提高生产装备的自动化与信息化水平为目的，在装备高性能自动化控制、信息的采集与传输、优化调度、精益管控、平台建设等方面已经取得了创新性研究成果，并对成果进行了提炼、集成，从2012 年开始，针对本项目整体技术展开全面推广，应用于江苏、广东等地区的10 多家轻工装备制造及使用企业。 应用实践证明了，本项目成果总体技术创新程度高、成熟度高、附加效益显著，显著提升了我国塑料装备在国际市场具有较强的竞争力，有利于提高我国塑料装备的设计制造智能化水平，推动了我国塑料制造业的国际化发展。 

针对汽车安全性要求及智能化的发展趋势，项目团队开发了汽车车门开启防撞装置、汽车防误踩油门装置等主动安全装置，并可与汽车相关的控制系统对接，实现智能化控制。 

本发明是一种车辆应急开门装置，通过检测单元、动力单元与开门单元相互相同作用，能够实现诸如车辆落水、车辆驾驶室内一氧化碳超标等紧急情况下的车门开启，为驾乘人员的安全提供了有效保证。随着社会的发展和人们生活水平的提高，汽车已成为人们生活、工作不可缺少的工具。但由于汽车溺水、车内高温和二氧化碳中毒等事故造成意外伤害时有发生。本发明是一种车辆应急开门装置，实现车辆在紧急状态下车门能顺利开启，为人们在汽车溺水或车内发生紧急情况下逃生自救提供了有效手段，具有显著的社会和市场效益。