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刚体陀螺实验装置
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。
上海紫航电子科技有限公司 2022-06-20
绿蓝混合式LED的人眼友好型鸡舍光照方法及系统
本发明公开了一种绿蓝混合式LED的人眼友好型鸡舍光照方法及系统。鸡舍内,建立均匀分布的青色光环境,使得肉鸡在青色光环境中饲养,青色光环境包括混合式LED灯,混合式LED灯由绿色LED与蓝色LED在同一盏灯具下组合而成,绿色LED和蓝色LED比例为1:5~5:1,育雏期前三日内混合式LED灯全天照明,育雏期第四日开始照明时间每天递减1小时;四个混合式LED灯组成的正方形阵列均匀布置在鸡舍内,LED控制器与照度传感器、混合式LED灯连接,照度传感器安装在鸡舍的地面上。本发明采用绿蓝混合式LED灯及科学的布置方法,充分利用了绿光和蓝光的敏感性反应,提高肉鸡各项生产指标,形成的青色光非常利于人眼的保护。
浙江大学 2021-04-11
一种 LED 倒装芯片的圆片级封装结构、方法及产品
本发明公开了一种 LED 倒装芯片的圆片级封装结构、方法及产 品,包括 LED 倒装芯片、硅基板、透镜、印刷电路板和热沉;硅基板 正面加工有放置芯片的凹腔,凹腔底部的长度与芯片的长度相同;硅 基板的反面加工有两组通孔,两通孔与凹腔相连通;在凹腔和两通孔 的表面沉积有绝缘层;凹腔表面的绝缘层上沉积有散热金属层和反光 金属层;两通孔内填充有金属体,通孔内的金属体与凹腔表面的散热 金属层相接;凹腔内底部的两金属层存在一开口,用于将该金属层隔 离为两部分;硅基板的反面沉积有绝缘层,该绝缘层表面布线用于电 极连接的金属层;凹腔内涂覆有荧光粉,凹腔的外围加工有用于固定透镜的环形定位腔。本发明能够提高 LED 出光效率、加强散热能力且 完成自对准。 
华中科技大学 2021-04-11
一种低工作温度的量子点白光 LED 及其制备方法
本发明属于量子点 LED 封装领域,具体涉及一种低工作温度的量子点白光 LED,其中,LED 芯片固定设置在基板表面,量子点硅纳米球附着在 LED 芯片表面,透光壳体内表面附着有一层荧光粉胶,该透光壳体直接安装在基板上或通过一模塑料固定在基板上方,并将LED 芯片和量子点硅纳米球密封在内,透光壳体内还填充有封装胶将量子点硅纳米球和荧光粉胶隔离。本发明还公开了一种低工作温度的量子点白光 LED 的制备方法。本发明的量子点 LED 利用封装胶将荧光粉胶和量子点硅纳米球隔离,可降低量子点工作温度,减少重吸收损失,提高白光 LED 的发光效率;还能减少量子点的用量,控制量子点与荧光粉各自的发光光谱,得到所需的理想型发光。
华中科技大学 2021-04-13
基于 LED 混光呈色模型的光谱功率分布提取方法及系统
一种基于 LED 混光呈色模型的光谱功率分布提取方法及系统,包括进行 LED 智能光源控制信号空 间全局采样,利用预设的 LED 发光控制方式根据全局采样样本集中各信号值驱动 LED 光源发光,组成 发光样本集;分别测量所得各发光样本对应光谱功率分及照度,生成发光数据集;根据预设的照度阈值 进行筛选,得到最终发光数据集,并从全局采样样本集中选取对应信号样本,组成最终信号空间采样样 本集;构建 BP 神经网络,并在此基础上建立相应的 LED 混光
武汉大学 2021-04-14
一种倒装 LED 芯片在线检测收光测试积分球
本实用新型公开了一种倒装 LED 芯片在线检测的收光积分球,该收光测试组件包括积分球组件和光学测试组件,其中积分球组件包括积分球模块、积分球夹具、积分球升降装置;其中积分球模块包括积分球、积分球 90°转接头,积分球的开口设置有石英玻璃,其设置方式是采用石英玻璃夹具套设在积分球的收光口处,其中石英玻璃夹具呈圆筒状,其内侧在略高于收光口的上方设置有凸台,用于放置固定石英玻璃。按照本实用新型设计的收光测试组件,能够成功地解决倒装 LED 芯片测试探针下压时的不稳定问题,能显著提高积分球的收光效率,具有高
华中科技大学 2021-04-14
一种 LED 倒装芯片的圆片级封装结构、方法及产品
本发明公开了一种 LED 倒装芯片的圆片级封装结构、方法及产品,包括 LED 倒装芯片、硅基板、透镜、印刷电路板和热沉;硅基板正面加工有放置芯片的凹腔,凹腔底部的长度与芯片的长度相同;硅基板的反面加工有两组通孔,两通孔与凹腔相连通;在凹腔和两通孔的表面沉积有绝缘层;凹腔表面的绝缘层上沉积有散热金属层和反光金属层;两通孔内填充有金属体,通孔内的金属体与凹腔表面的散热金属层相接;凹腔内底部的两金属层存在一开口,用于将该金属层隔离为两部分;硅基板的反面沉积有绝缘层,该绝缘层表面布线用于电极连接的金属层;凹
华中科技大学 2021-04-14
教室护眼灯校园照明教育照明灯LED护眼灯
                                  微晶超薄防眩教室灯-嵌装/吊装
长沙星奥照明有限公司 2021-08-23
教室护眼灯专用书写板灯LED护眼灯黑板灯
定向调光 高显指 可调节安装 智能控制 自动调光 恒定照度 专业护眼 权威认证 无蓝光频闪危害 项目 星奥全护眼LED教室灯(改造后) 国家标准GB7793-2010 功率42w 参数 中小学学校教室采光和照明卫生标准 教室照度(E) 417LX 优于国标 ≥300LX 教室照度均匀度(Uo) 0.8 专业照明设计 ≥0.7 黑白照度(E) 639.3LX 优于国标 ≥500LX 黑板照度均匀度(Uo) 0.81 专业照明设计 ≥0.8 眩光(UGR) 15.9 无眩光危害 <19 光频闪(波动深度) ≤3.2% 无光频闪危害 —— 显色指数 ≥90 色彩还原能力强 ≥80 色温(Tc) 5000k 光线柔和 3300K-5500K 使用寿命 质保三年 寿命长 —— 电压 100-240V 总功率(P) 450W 消耗功率低 —— 年耗电量(Q) 720度 耗电量低 ——
长沙星奥照明有限公司 2021-08-23
LED日光灯管外壳、t8灯管配件、t8配件
产品详细介绍LED日光灯管外壳、LED日光灯配件、led日光灯外壳第一品牌振兴塑业,现产LED日光灯管外壳、LED日光灯配件、led日光灯外壳、led灯配件、日光灯外壳、日光灯配件、t8套装、t5支架品种繁多,常用品种包括LED外壳日光灯管、t8支架、日光灯支架、铝合金支架、led灯头、铝塑配件、t8灯管外壳、t8外壳、t5灯管外壳,t5外壳、t10灯管外壳、t10外壳、LED灯管外壳、日光灯管外壳、pc外壳、t8灯管配件、t8配件、t5灯管配件、t5配件 、t10灯管配件、t10配件、led灯管配件、led日光灯管配件、LED日光灯灯饰配件、LED日光灯外壳配件、LED日光灯管外壳配件、日光灯管配件、t5套装、t10套装、led日光灯套件、日光灯套件、日光灯管套件等等。其他还有t10支架、led灯支架、led日光灯支架、led日光灯管支架、日光灯管支架、t5铝合金支架、led灯铝合金支架、t8灯头、t8堵头、t5灯头、t10灯头、LED日光灯堵头、日光灯灯头、T10LED日光灯套件 、led灯管套件、T8LED日光灯套件、T5LED日光灯套件、led日光灯管套件、铝塑支架、pc支架、t8铝合金支架、t10铝合金支架、t5堵头、LED日光灯灯具铝合金配PC罩、t10堵头、pc灯头等等。日光灯管、LED灯管(LED日光灯管)、PC管、双色管、磨砂管及日光灯配件,灯管种类包括光面、双色、磨砂、喷砂、光扩散、半圆等,配件种类包括铝材、端盖等。以PC料生产的日光灯管,目前市场上存在多种叫法,包括LED日光灯管、lED灯管、LED灯罩、PC日光灯管、日光灯PC管、日光灯双色管、日光灯磨砂管、日光灯光扩散、日光灯半圆灯罩等等。LED日光灯管因其节能,目前在日本的普及率高达50%以上,而这种新产品也正在中国国内快速推广。振兴公司推出的这类日光灯专用PC管,以其同时具备优异光效、抗UV和阻燃V0三大功能,已协助多个著名灯饰厂商构建世界顶级的LED日光灯管品牌。LED日光灯管,主要规格有T10(32),T8(30),T6(26),T5(15) 等卡槽管(半圆管)及圆管。按功能用途分为有双色LED日光灯管、磨砂LED日光灯管、光扩散LED日光灯管、条纹LED日光灯管、铝塑双色LED灯管,同时配备LED灯管配件,包括端盖(PC盖,铝盖,铝塑组合盖)及铝材等。
广东(港惠)振兴塑胶机械有限公司 2021-08-23
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